【发布时间】：2021-01-31 18:53:23
【问题描述】：
如果工作线程可以生成另一个任务，如何正确地将工作线程与主线程同步？我使用 std::queue 来维护由互斥锁和原子变量保护的任务来跟踪繁忙的线程。不幸的是，我在执行结束时遇到了死锁。
我已经从我的项目中提取代码并创建了以下示例（您可以使用 g++ 或 MSVC 轻松编译它）：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <stdexcept>
#include <functional>
#include <stack>
#include <atomic>
#include <queue>
template <class T, class Compare>
class USort {
using Task = std::pair<T*, T*>;
private:
size_t m_ThreadsNum;
std::atomic<bool> m_Finished;
std::atomic<size_t> m_Busy;
std::thread* m_Threads;
std::queue<Task> m_Tasks;
size_t m_Size;
T* m_Data;
Compare m_Comparator;
std::condition_variable m_WaitFinished;
std::condition_variable m_WaitSorter;
std::mutex m_TaskQueueMutex;
private:
const size_t THREAD_THRESHOLD = 1024;
const size_t THREAD_POOL_THRESHOLD = 8192;
bool HasTask() {
std::unique_lock<std::mutex> lock(m_TaskQueueMutex);
return m_Tasks.size() > 0;
}
bool PopTask(T** L, T** R) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(m_TaskQueueMutex);
if (m_Tasks.size() == 0) {
*L = *R = nullptr;
return false;
}
*L = m_Tasks.front().first;
*R = m_Tasks.front().second;
m_Tasks.pop();
return true;
}
void PushTask(T* L, T* R) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(m_TaskQueueMutex);
m_Tasks.emplace(std::pair<T*, T*>(L, R));
m_WaitSorter.notify_one();
}
void SortThread(size_t Id) {
std::mutex sorter_mutex;
for (;;) {
std::unique_lock<std::mutex> lock(sorter_mutex);
///
/// ----------------------------------> some threads wait here
///
m_WaitSorter.wait(lock, [this]() { return m_Finished || HasTask(); });
if (m_Finished) break;
m_Busy++;
T *left, *right;
while (PopTask(&left, &right)) {
Sort(left, right);
}
if (--m_Busy == 0) {
m_WaitFinished.notify_one();
}
}
}
// just simulate work
void Sort(T* Left, T* Right) {
if (Right - Left > 10) {
PushTask(Left, Right-10);
}
}
void WaitForSortingIsFinished() {
std::mutex finished;
std::unique_lock<std::mutex> lock(finished);
m_WaitFinished.wait(lock, [this]() { return m_Busy == 0 && !HasTask(); });
}
void FinishThreads() {
m_Finished = true;
m_WaitSorter.notify_all();
}
void ReleaseThreads() {
if (m_Threads) {
for (size_t i = 0; i < m_ThreadsNum; i++) {
///
/// ----------------------------------> main thread stuck here
///
m_Threads[i].join();
}
delete[] m_Threads;
m_Threads = nullptr;
}
}
public:
USort(size_t NumberOfThreads = 0) : m_Comparator(Compare()) {
if (NumberOfThreads == 0) {
static const unsigned int max_concurrency = std::thread::hardware_concurrency();
NumberOfThreads = max_concurrency;
if (NumberOfThreads == 0) NumberOfThreads = 4;
}
m_Finished = false;
m_ThreadsNum = NumberOfThreads;
m_Threads = nullptr;
}
~USort() {
ReleaseThreads();
}
void Sort(T* Data, size_t Size) {
// build thread pool
m_Threads = new std::thread[m_ThreadsNum];
for (size_t i = 0; i < m_ThreadsNum; i++) {
m_Threads[i] = std::thread(&USort::SortThread, this, i);
}
// process data
PushTask(Data, Data + Size - 1);
WaitForSortingIsFinished();
FinishThreads();
}
};
template <class T, class Compare>
void usort(T* Data, size_t Size, size_t NumberOfThreads = 0) {
USort<T, Compare> mt_sorter(NumberOfThreads);
mt_sorter.Sort(Data, Size);
}
const size_t ARR_SIZE = 0x00010000;
struct comp {
bool operator()(const int& L, const int& R) const {
return L < R;
}
};
int main()
{
int* arr = new int[ARR_SIZE];
for (int i = 0; i < ARR_SIZE; i++) {
arr[i] = rand() % 3200000;
}
usort<int, comp>(arr, ARR_SIZE, 16);
delete[] arr;
return 0;
}
问题是，在我的示例中，线程并不总是完成。 m_WaitSorter.wait() 中不时有一些线程挂起，因此m_Threads[i].join(); 中的主线程挂起。逻辑缺陷在哪里。为什么调用FinishThreads() 没有完成所有线程？
编辑： 基本上我想实现多线程排序算法。
- 主线程创建线程池，将第一个任务（排序整个数组）推送到任务队列，等待排序完成
- 池线程接受任务，将其划分为更小的任务(1-3)。其中一项任务立即由当前池线程处理，其他任务被推送到队列中
- 池线程必须在整个数据集排序后才能完成（队列中没有任务并且所有池线程都处于挂起状态）
- 当排序完成后，主线程应该被唤醒
- 主线程应该完成挂起的线程
因此，从我的角度来看，我需要两个 conditional_variabes，在主线程中带有谓词“所有线程都挂起 && 在队列中没有任务”，在池线程中需要“在队列中有任务 || 完成线程”。
【问题讨论】：
-
你实际上误用了同步对象，思想一定不能满足同步对象的接口。条件变量必须以某种方式与它所使用的对象和互斥体连接。请更准确地解释您愿意实现的目标，您要解决的任务是什么？
-
好的，我已经详细阐述了我的问题
标签： c++ multithreading stdthread