在 C++11 中实现 boost::barrier

Question

我一直在尝试让项目摆脱所有 boost 引用并切换到纯 C++11。

在某一时刻，线程工作者被创建，等待屏障发出“go”命令，完成工作（通过 N 个线程传播）并在所有线程完成时同步。基本思路是主循环给出go命令（boost::barrier.wait()），用同样的函数等待结果。

我在另一个项目中实现了一个基于 Boost 版本的定制屏障，并且一切正常。实现如下：

Barrier.h：

class Barrier {
public:
    Barrier(unsigned int n);
    void Wait(void);
private:
    std::mutex counterMutex;
    std::mutex waitMutex;

    unsigned int expectedN;
    unsigned int currentN;
};

Barrier.cpp

Barrier::Barrier(unsigned int n) {
    expectedN = n;
    currentN = expectedN;
}

void Barrier::Wait(void) {
    counterMutex.lock();

    // If we're the first thread, we want an extra lock at our disposal

    if (currentN == expectedN) {
        waitMutex.lock();
    }

    // Decrease thread counter

    --currentN;

    if (currentN == 0) {
        currentN = expectedN;
        waitMutex.unlock();

        currentN = expectedN;
        counterMutex.unlock();
    } else {
        counterMutex.unlock();

        waitMutex.lock();
        waitMutex.unlock();
    }
}

此代码已在 iOS 和 Android 的 NDK 上使用，没有任何问题，但在 Visual Studio 2013 项目上尝试时，似乎只有锁定互斥锁的线程才能解锁它（断言：解锁无主互斥锁）。

是否有任何可用于 C++11 的非旋转（阻塞，例如这个）屏障版本？我只能找到使用忙等待的障碍，这是我想阻止的（除非真的没有理由这样做）。

Answer 1

class Barrier {
public:
    explicit Barrier(std::size_t iCount) : 
      mThreshold(iCount), 
      mCount(iCount), 
      mGeneration(0) {
    }

    void Wait() {
        std::unique_lock<std::mutex> lLock{mMutex};
        auto lGen = mGeneration;
        if (!--mCount) {
            mGeneration++;
            mCount = mThreshold;
            mCond.notify_all();
        } else {
            mCond.wait(lLock, [this, lGen] { return lGen != mGeneration; });
        }
    }

private:
    std::mutex mMutex;
    std::condition_variable mCond;
    std::size_t mThreshold;
    std::size_t mCount;
    std::size_t mGeneration;
};

Answer 2

使用std::condition_variable 而不是std::mutex 来阻塞所有线程，直到最后一个线程到达屏障。

class Barrier
{
private:
    std::mutex _mutex;
    std::condition_variable _cv;
    std::size_t _count;
public:
    explicit Barrier(std::size_t count) : _count(count) { }
    void Wait()
    {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex);
        if (--_count == 0) {
            _cv.notify_all();
        } else {
            _cv.wait(lock, [this] { return _count == 0; });
        }
    }
};

Answer 3

这是我上面接受的答案的版本，带有重复使用的自动重置行为；这是通过交替向上和向下计数来实现的。

    /**
    * @brief Represents a CPU thread barrier
    * @note The barrier automatically resets after all threads are synced
    */
    class Barrier
    {
    private:
        std::mutex m_mutex;
        std::condition_variable m_cv;

        size_t m_count;
        const size_t m_initial;

        enum State : unsigned char {
            Up, Down
        };
        State m_state;

    public:
        explicit Barrier(std::size_t count) : m_count{ count }, m_initial{ count }, m_state{ State::Down } { }

        /// Blocks until all N threads reach here
        void Sync()
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock{ m_mutex };

            if (m_state == State::Down)
            {
                // Counting down the number of syncing threads
                if (--m_count == 0) {
                    m_state = State::Up;
                    m_cv.notify_all();
                }
                else {
                    m_cv.wait(lock, [this] { return m_state == State::Up; });
                }
            }

            else // (m_state == State::Up)
            {
                // Counting back up for Auto reset
                if (++m_count == m_initial) {
                    m_state = State::Down;
                    m_cv.notify_all();
                }
                else {
                    m_cv.wait(lock, [this] { return m_state == State::Down; });
                }
            }
        }
    };