notify_one 性能影响答案

【问题标题】：notify_one performance impactnotify_one 性能影响
【发布时间】：2016-05-17 20:46:34
【问题描述】：

我正在阅读一些关于 std::condition_variable 的内容，尤其是关于如何使用 std::condition_variable::notify_one 通知等待线程的内容。

我遇到了几个问题，我很乐意得到答案：

当一个线程调用notify_one（操作系统方面）时究竟会发生什么？我想这是特定于操作系统的，所以为了争论 - 我在 Windows 中工作。
如果一个线程在没有等待线程的情况下调用notify_one，会发生什么？此调用是否会对性能产生任何影响（CPU 周期、电源等）？

谢谢

【问题讨论】：

【解决方案1】：

在 Windows 上，std::condition_variable 很可能根据本机 Windows 条件变量来实现。见：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms682052(v=vs.85).aspx

在类 unix 系统上，它们通常以 pthreads 信号量/互斥量对的形式实现。

整个操作应该在用户空间中进行，因此您无需付费切换到内核模式，但您将在幕后使用两个同步原语。这意味着内存栅栏将被发布，因此总是要付出一些代价。

长话短说，当你应该调用notify_one，即在改变条件状态并释放锁之后，这是一个相当便宜的操作。无缘无故地循环调用notify_one 可能不是一个好主意。

如果一个线程在没有等待线程的情况下调用 notify_one 会发生什么？

取一个互斥体，检查是否有线程在等待，释放互斥体。结束。

此调用是否会对性能产生任何影响（CPU 周期、电源等）？

是的，当然，它会消耗几个周期，并且需要 CPU 正在运行。偶尔做一次不会有伤害的。在紧密的循环中连续执行会消耗功率。

我想我的问题是，“用例是什么”？如果您每秒向生产者/消费者队列添加一百万个项目，那么您将花费大量时间和精力来通知不存在的消费者。如果您每秒增加 10 个，那么在 notify_one 上花费的时间可能甚至不会显示在任何性能跟踪中。

【讨论】：

在 unix 系统上，如果涉及互斥锁，整个通知操作如何避免切换到内核模式？我想这实际上取决于互斥锁本身的实现。
@athos 你的意思是unix还是Linux？据我了解，linux 提供了 futex，它是一个用户空间对象。我不相信涉及到任何切换到内核模式。
我是说unix，比如mac os...有futexes吗？

【解决方案2】：

这些问题是非常特定于实现的。仅仅说你在 Windows 上是不够的。每个标准库可能有不同的实现，调试版本可能与发布版本有不同的实现。

notify_one 在没有线程等待时的语义效果是无操作。在实现方面，至少线程必须检查一个原子变量以确定是否有任何线程在等待。所以有一点开销。

Microsoft 标准库的 condition_variable 是根据并发运行时的条件变量实现的，从 Windows Vista 开始，它是根据 WinAPI RTL_CONDITION_VARIABLE 实现的。它的实现是不可访问的。但是，它的实现很有可能是基于这篇 Microsoft 研究论文：

http://research.microsoft.com/pubs/64242/implementingcvs.pdf

【讨论】：