使用条件变量进行双向通信时出现死锁

Question

谁能指出我做错了什么？
我希望 foo 和 bar 交替打印。
有时它会在第一次迭代中挂起，在某些情况下会持续一段时间然后停止。

#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
std::mutex m;
std::condition_variable cv;
void foo()
{
    while(true)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> ul(m);
        cv.wait(ul);
        std::cout<<"bar"<<std::endl;
        ul.unlock();
        cv.notify_one();
    }
}
int main()
{
    std::thread t(foo);
    while(true)
    {
        std::cout<<"foo"<<std::endl;
        cv.notify_one();
        std::unique_lock<std::mutex> ul(m);
        cv.wait(ul);  
    }
}

Answer 1

条件变量仅表示变化，它们本身并不是很有用。你需要把它和一个状态结合起来。

添加另一个变量来指示轮到谁。

std::mutex m;
std::condition_variable cv;
int turn = 0;

void foo()
{
    while(true)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> ul(m);
        if( turn == 1 ) {
            // my turn
            std::cout << "bar" << std::endl;

            // tell them it's their turn
            turn = 0;
            cv.notify_one();
        } else {
            // not our turn, wait for a change.
            cv.wait(ul);  
        }
    }
}

int main()
{
    std::thread t(foo);
    while(true)
    {
        std::unique_lock<std::mutex> ul(m);
        if( turn == 0 ) {
            // my turn
            std::cout << "foo" << std::endl;

            // tell them it's their turn
            turn = 1;
            cv.notify_one();
        } else {
            // not our turn, wait for a change.
            cv.wait(ul);  
        }
    }
}

互斥锁用于安全访问turn 变量，每当它发生更改时，您都会通知条件变量，以便其他线程可以唤醒并检查新值。

---

编辑：假设您了解上述内容，以解决您的难题：

void foo()
{
    std::unique_lock<std::mutex> ul(m);
    while(true)
    {
        std::cout << "bar" << std::endl;
        cv.notify_one();
        cv.wait(ul);  
    }
}

int main()
{
    std::unique_lock<std::mutex> ul(m);
    std::thread t(foo);
    while(true)
    { 
        std::cout << "foo" << std::endl; 
        cv.notify_one();
        cv.wait(ul);
    }
}

换句话说，您只需要在启动子线程之前从循环外部锁定互斥锁，因此首先轮到的逻辑很清楚。然后您执行操作，发出条件信号，然后等待其他线程返回信号。

逻辑流程：

Main Thread             Sub Thread
------------------------------------------
Lock Mutex

Create Subthread

                        Try to lock mutex 
                        but it is busy.

Print "foo"             ...waiting for mutex...

Notify cvar             ignores notification,
                        (still waiting for mutex)

Wait on cvar            Obtains lock
                        (when waiting on a cvar, the lock is released.)

...waiting...           Prints "bar"

Notified, but the       Notify cvar
mutex is still locked           
so we are waiting.

Obtains lock again      Wait on cvar

Print "foo"             ...waiting...

(etc...)

Answer 2

嗯。 main 调用notify，然后foo 调用notify，然后main 锁定互斥体并等待，然后foo 在互斥体处阻塞。死锁。