同步 STD cout 输出多线程答案

【问题标题】：Synchronizing STD cout output multi-thread同步 STD cout 输出多线程
【发布时间】：2012-03-09 02:09:09
【问题描述】：

最近我一直在使用多线程编码，写了一段时间后我意识到如果我在不同的 boost::threads 中使用 std::cout，输出将没有逻辑顺序，我的程序m 测试类似于：

#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <iostream>

int my01( void )
{
    std::cout << "my01" << std::endl;
    return 0;
}
/* my02, my03 and my04 are the same with different outputs*/
[...]
int main( void )
{
    boost::thread t1(&my01);
    boost::thread t2(&my02);
    boost::thread t3(&my03);
    boost::thread t4(&my04);

    while(!t1.joinable() || !t2.joinable() || !t3.joinable() || !t4.joinable());

    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();
    t4.join();

    std::cout << "The end!" << std::endl;
    getchar();
    return 0;
}

并且输出通常是这样的（它会改变）：

my02my01
我的04
我的03
空白线
结束！

考虑到这个问题，我正在考虑创建一个线程来管理所有输出，因此它们的顺序如下：

我的01
我的02
我的03
我的04
结束！

编写此类线程或管理这些输出的最佳方式是什么？
也请阅读此问题的答案：Is cout synchronized/thread-safe?

Ps：我使用的是 Visual C++ 2010 Express，我的 cpu 有 8 个不同的内核。

感谢您的宝贵时间！

【问题讨论】：

我有完全相同的问题，但我无法控制使用 boost::threads 的代码，所以对我来说，下面发布的解决方案不是一个选项。如何在不重写 boost::thread 的使用的情况下管理输出同步性？

标签： c++ multithreading synchronization cout

【解决方案1】：

首先，您可以考虑避免所有显式线程管理，而是使用std::async 在任意数量的单独线程中启动您的任务。

其次，不是在线程本身中执行 I/O，而是要创建结果并串行执行输出本身。这意味着线程函数只是创建了一些数据，并将其留给调用者实际写出：

std::string process(int value) {
     std::ostringstream buffer;
     buffer << "my" << std::setfill('0') << std::setw(2) << value;
     return buffer.str();
}

然后我们需要异步启动四个副本：

std::vector<std::future<std::string> > results;

for (int i=0; i<4; i++)
    results.push_back(std::async(std::launch::async, process, i));

然后我们得到结果并按顺序打印出来：

for (auto &r : results)
    std::cout << r.get() << "\n";

把它们放在一起，我们可以得到这样的代码：

#include <string>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <future>
#include <sstream>
#include <vector>
#include <iomanip>

std::string process(int value) {
     std::ostringstream buffer;
     buffer << "my" << std::setfill('0') << std::setw(2) << value;
     return buffer.str();
}

int main() { 
    std::vector<std::future<std::string>> rets;

    for (int i=0; i<4; i++)
        rets.push_back(std::async(std::launch::async, process, i));

    for (auto & t : rets) {
        t.wait();
        std::cout << t.get() << "\n";
    }
}

我应该补充一点：我基于标准 C++11 futures。我相信基本思想也应该适用于 Boost futures（标准所依据的），但我还没有测试过。我预计需要对 Boost 的未来进行一些小的调整（例如，对名称）。

【讨论】：

【解决方案2】：

我通过编写一个瘦包装器解决了这个问题，该包装器在开始写入流时锁定互斥锁，并在写入语句完成后释放它，同时刷新流。

用法：将 std::cout 替换为 safe_cout。

请记住，它不支持花哨的 std::cout 功能，例如 std::endl。

查看下面的代码或从这里获取：https://github.com/dkorolev/felicity/blob/master/safe_ostream.h

#include <cassert>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <memory>

struct safe_ostream {
  struct guarded_impl {
    guarded_impl() = delete;
    guarded_impl(const guarded_impl&) = delete;
    void operator=(const guarded_impl&) = delete;
    guarded_impl(std::ostream& ostream, std::mutex& mutex) : ostream_(ostream), guard_(mutex) {
    }
    ~guarded_impl() {
      ostream_.flush();
    }
    template<typename T> void write(const T& x) {
      ostream_ << x;
    }
    std::ostream& ostream_;
    std::lock_guard<std::mutex> guard_;
  };
  struct impl {
    impl() = delete;
    void operator=(const impl&) = delete;
    impl(std::ostream& ostream, std::mutex& mutex) : unique_impl_(new guarded_impl(ostream, mutex)) {
    }
    impl(const impl& rhs) {
      assert(rhs.unique_impl_.get());
      unique_impl_.swap(rhs.unique_impl_);
    }
    template<typename T> impl& operator<<(const T& x) {
      guarded_impl* p = unique_impl_.get();
      assert(p);
      p->write(x);
      return *this;
    }
    mutable std::unique_ptr<guarded_impl> unique_impl_;
  };
  explicit safe_ostream(std::ostream& ostream) : ostream_(ostream) {
  }
  template<typename T> impl operator<<(const T& x) {
    return impl(ostream_, mutex_) << x;
  }
  std::ostream& ostream_;
  std::mutex mutex_;
};
safe_ostream safe_cout(std::cout);
safe_ostream safe_cerr(std::cerr);

【讨论】：

Dima，锁定是邪恶的。

【解决方案3】：

使用锁定。如果您可以使用 boost，请执行例如

int my01(boost::mutex *coutGuard)
{
  {
     // lock cout until the closing brace
     boost::mutex::scoped_lock lock(*coutGuard);

     std::cout << "my01" << std::endl;
  }

  return 0;
}

int main( void )
{
   boost::mutex coutGuard;

   boost::thread t1(boost::bind(&my01, &coutGuard));
   ...
}

可以使用lock_guard 代替scoped_lock。

【讨论】：

我认为它几乎就在那里，但使用这个互斥模式你没有办法保证顺序，必须使用其他东西。

【解决方案4】：

给每个线程一个std::ostringstream 来写入输出。在程序结束时，按顺序打印每个线程的输出。

考虑到线程 4 可能会在线程 1 之前很久完成，你会怎么做呢？

【讨论】：

程序会运行很长时间，所以我想写一个线程来管理一个线程安全的缓冲区来输出所有内容。
您的要求（“按顺序”）看起来必须在打印线程 2 的输出之前打印线程 1 的整个输出。您不妨从线程 1 打印到 cout，并按照 Zan 的建议在所有其他线程中使用 std::ostringstream。

【解决方案5】：

您要么需要对线程强加一个顺序，以便输出的顺序符合您的要求，（可能通过将线程实例或事件传递给适当的线程，以便它们只能按您的顺序执行），或者您可以给所有输出一个线程序列号，将所有输出排队到一个“打印”线程，并在其中保留所有乱序行的列表，以便打印输出如您所愿。

对于“真正的”应用程序（即不是滥用线程的普通测试应用程序），线程在必须保留顺序的顺序缓冲区上并行执行大量工作，从而迫使线程等待彼此通常不是一个合理的选择。通常使用序列号并在之后重新组装缓冲流。

【讨论】：