std::mutex 是否偏爱拥有它的线程？

Question

我试图了解spinlock mutex 的工作原理， 所以我写了一个简单的代码（如下所示）来测量指令的交错 受自旋锁（或 std::) 互斥锁保护的不同线程。

令人惊讶的是，它显示（至​​少在 gcc 中）std::mutex（与自旋锁互斥锁相反） 似乎有利于拥有它的线程，导致非常小的指令交错（最多 5%）， 除非有问题的指令非常快（比如增加一个计数器）。 在这种情况下，我们甚至可以得到 50%。自旋锁互斥体提供至少 80%（通常超过 90%）。

这是众所周知的事实吗？或者我下面的代码可能有错误？

我的意思是，我知道一个经验法则，即互斥体应始终锁定最短时间。 但我确信确实如此，因为我们想减少线程的序列化， 而不是因为 std::mutex 偏爱拥有线程...

代码如下：

#include<atomic>
#include<thread>
#include<iostream>
#include<chrono>
#include<mutex>


class SpinLockMutex{
    std::atomic_flag m_flag = ATOMIC_FLAG_INIT;
public:
    void lock()   { while( m_flag.test_and_set(std::memory_order_acquire) )  /*do nothing*/ ; }
    void unlock() { m_flag.clear(std::memory_order_release) ; }
};//class SpinLockMutex


// ******************************************
// // // std::mutex vs SpinLockMutex 
//SpinLockMutex globalMutex;
std::mutex globalMutex;
// ******************************************


// This class helps to start threads at the same time : 
class Starter{
    mutable std::mutex m_m;
    bool m_ready = false;
public:
    bool isReady() const {  std::lock_guard<std::mutex> guard(m_m); 
                return m_ready; 
                 }  

    void start() { std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3)); 
                       std::lock_guard<std::mutex> guard(m_m); 
               m_ready = true; 
             }  
};//class Starter


constexpr std::size_t   LOOP_SIZE                = 100;
std::size_t             previous_thread_repeated = 0;
Starter                 starter;


void mainFcnForThread ()
{   
    static std::thread::id  previous_thread_id = std::this_thread::get_id();

    while(!starter.isReady()) 
        ; //do nothing

    for(std::size_t i = 0; i!=LOOP_SIZE ; ++i){
        globalMutex.lock();
        if(previous_thread_id == std::this_thread::get_id() ) {
            ++previous_thread_repeated;
            std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(100));
        }
        previous_thread_id = std::this_thread::get_id();            
        globalMutex.unlock();
    }
}//void mainFcnForThread


int main()
{

    std::thread t1(mainFcnForThread);
    std::thread t2(mainFcnForThread);

    starter.start();
    t1.join();
    t2.join();  

    std::cout << double(previous_thread_repeated)/(2*LOOP_SIZE) << '\n';

    return 0;
}

Answer 1

Mutex 对公平性做出零保证。

解锁互斥锁不会暂停当前线程。尝试锁定互斥锁并不是说“等等，其他人已经等了更长的时间，他们应该尝试一下”。

阻塞互斥锁有时会使您的线程进入休眠状态。

解锁互斥锁后，您就不再是“拥有线程”了。你可能是一个正在运行的线程。并且互斥锁可以（并且显然确实）有利于运行线程而不是挂起的线程。

可以在 C++ 同步原语之上实现“公平”，但它不是免费的，C++ 的目的不是让你为你不要求的任何东西付费。