创建阻塞队列

Question

有时BlockingQueue 的这种实现和执行可以正常工作。有时它会出现段错误。知道为什么吗？

#include <thread>
using std::thread;
#include <mutex>
using std::mutex;
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
#include <queue>
using std::queue;
#include <string>
using std::string;
using std::to_string;
#include <functional>
using std::ref;

template <typename T>
class BlockingQueue {
private:
    mutex mutex_;
    queue<T> queue_;
public:
    T pop() {
        this->mutex_.lock();
        T value = this->queue_.front();
        this->queue_.pop();
        this->mutex_.unlock();
        return value;
    }

    void push(T value) {
        this->mutex_.lock();
        this->queue_.push(value);
        this->mutex_.unlock();
    }

    bool empty() {
        this->mutex_.lock();
        bool check = this->queue_.empty();
        this->mutex_.unlock();
        return check;
    }
};

void fillWorkQueue(BlockingQueue<string>& workQueue) {
    int size = 40000;
    for(int i = 0; i < size; i++)
        workQueue.push(to_string(i));
}

void doWork(BlockingQueue<string>& workQueue) {
    while(!workQueue.empty()) {
        workQueue.pop();
    }   
}

void multiThreaded() {
    BlockingQueue<string> workQueue;
    fillWorkQueue(workQueue);
    thread t1(doWork, ref(workQueue));
    thread t2(doWork, ref(workQueue));
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "done\n";
}

int main() {
    cout << endl;

    // Multi Threaded
    cout << "multiThreaded\n";
    multiThreaded();
    cout << endl;
}

Answer 1

看这里：

What do I get from front() of empty std container?

如果您在空容器上调用.front()，会发生不好的事情，最好先检查.empty()。

试试：

T pop() {
    this->mutex_.lock();
    T value;
    if( !this->queue_.empty() )
    {
        value = this->queue_.front();  // undefined behavior if queue_ is empty
                                       // may segfault, may throw, etc.
        this->queue_.pop();
    }
    this->mutex_.unlock();
    return value;
}

注意：由于原子操作对这种队列很重要，我建议更改 API：

bool pop(T &t);  // returns false if there was nothing to read.

更好的是，如果您确实在重要的地方使用它，您可能希望在删除之前标记正在使用的项目以防失败。

bool peekAndMark(T &t);  // allows one "marked" item per thread
void deleteMarked();     // if an item is marked correctly, pops it.
void unmark();           // abandons the mark. (rollback)

Answer 2

问题应该出在这里：

while(!itemQueue.empty()) {
    itemQueue.pop();
}

当检查剩余值时保留互斥锁，然后释放互斥锁，可能会执行另一个线程，发现剩余值并将其弹出。在最坏的情况下，之后不会留下任何项目，并且第一个线程会尝试在没有留下任何元素的情况下弹出。

解决方案是在同一节中的内部队列上进行前/弹出调用，而不是在同一锁定节中检查空，然后始终定义行为。

另一个建议是在使用互斥锁时使用std::lock_guard，因为它提高了可读性并确保无论发生什么情况都会释放互斥锁。

考虑到这两个建议，您的 pop 方法可能如下所示：

T pop() {
    std::lock_guard lock(this->mutex_); //mutex_ is locked
    T value;
    if( !this->queue_.empty() )
    {
        value = this->queue_.front();
        this->queue_.pop();
    }
    return value;
} //mutex_ is freed