Conversation with Merlin · Wed Dec 06 2023

这段代码中,为什么lock需要unlock,我理解的是,出了大括号,lock会自动解锁:

void XThreadPool::AddTask(XTask* task) { unique_lock<mutex> lock(mux_); tasks_.push_back(task); lock.unlock(); cv_.notify_one(); }

在C++中,std::unique_lock是一个灵活的锁管理类,它允许显式地控制锁的时间和方式。std::unique_lock与作用域块的生命周期紧密绑定:当unique_lock的实例离开其作用域时,它管理的锁会自动释放。这是一种RAII(Resource Acquisition Is Initialization)的设计模式,确保了资源(在这个案例中是互斥体)的正确获取与释放。

在您提供的代码片段中:

void XThreadPool::AddTask(XTask* task) { unique_lock<mutex> lock(mux_); tasks_.push_back(task); lock.unlock cv_.notify_one(); }

unique_lock的解锁确实是显式的,并在cv_.notify_one();调用之前完成。这种做法可能有几个理由:

  1. 降低锁持有时间:显式调用lock.unlock()会在条件变量通知之前释放互斥锁。这样做的好处是减少了互斥锁的持有时间,允许其他线程更早地获得锁,从而可能提高了程序的并发性能。

  2. 避免条件变量的死锁:在某些条件变量的实现中,如果在调用notify_one()notify_all()时持有锁,可能导致死锁或降低并发性能,因为被唤醒的线程会尝试再次获取锁。通过先解锁,可以避免唤醒的线程立刻阻塞在尝试重获互斥体上。

  3. 顺序关系:开发者可能想要在不影响线程安全的前提,首先解锁互斥体,然后再通知条件变量,这样做是为了保持代码的顺序逻辑或符合某些设计要求。

这种显式解锁通常是出于性能优化考虑。如果不显式解锁,当unique_lock对象离开作用域时,析构函数会自动释放互斥锁,但是这在条件变量通知后发生。在某些场景下,这可能造成不必要的等待,因为等待在条件变量的线程被唤醒后还需要等待互斥锁变为可用。通过显式解锁,我们可以尽量减少这种等待时间。

是不是所有情况下,手动解锁会更好?

并不是所有情况下手动解锁都比自动解锁更好。选择是否手动解锁通常取决于特定的应用场景和性能需求。以下是考虑手动解锁与依赖自动解锁的一些情况:

手动解锁可能更好的情况:

  1. 性能考虑:如果解锁后立即有其他的操作(如条件变量通知),手动解锁可以缩短锁的持有时间,减少等待该锁的其他线程的阻塞时间。

  2. 精细控制:在需要对锁进行更细粒度控制的复杂逻辑中,可能需要在不同的时间点释放锁,此时手动解锁能提供更大的灵活性。

依赖自动解锁更好的情况:

  1. 简化代码:利用unique_lock的作用域自动解锁可以简化代码逻辑,使代码更容易读懂和维护。

  2. 异常安全:如果在锁定区域中的代码抛出异常,手动解锁可能会被跳过,这样锁就不会被释放,可能导致死锁。依赖unique_locklock_guard的自动解锁机制可以保证即使发生异常,锁也能被正确放。

  3. 减少错误手动解锁如果没有恰当的错误处理可能会导致锁没有被正确释放,使用自动解锁可以避免这种人为错误。

在实践中,应该根据你的程序的需求和特性来决定使用哪种方式。如果代码逻辑比较简单,或者不需要考虑复杂的性能优化,倾向于使用unique_lock的自动解锁更为安全简洁。相反,如果你需要对锁的持有时间有精细控制,尤其是在性能要求非常高的并发程序中,手动解锁可能是必要的。总之,选择应基于对代码行为的深思熟虑和充分理解。

这段代码中,wait是什么作用,另外还可以有哪些优化:

XTask* XThreadPool::GetTask() { unique_lock<mutex> lock(mux_); if (tasks_.empty()) { cv_.wait(lock); } if (tasks_.empty()) return nullptr; auto task = tasks_.front(); tasks_.pop_front(); return task; }

这段代码是从一个线程池的任务队列中获取任务的函数。这里的wait()函数用于等待条件变量。当线程调用cv_.wait(lock)时,它将做两件事情:

  1. 释放传递进来的互斥锁在这个例子中是lock)。
  2. 阻塞当前线程直到另外的线程在同一变量上调用notify_one或notify_all()`。

一旦notify_one()notify_all()被调用,等待wait()的线程将被解除阻塞,重新尝试获取之前释放的互斥锁。如果获取成功,wait()函数会结束,线程继续执行。

在此段代码中,wait()的作用是如果任务队列为空,则程将等待直到其他线程添加新任务并通知条件变量。

关于优化,这里有一些建议

  1. 使用while循环检查条件

    • wait()应该在一个循环中使用,以防止假唤醒(当程意外无故地被唤醒)。应当改为while(tasks_.empty())
  2. 使用wait()的谓词重载

    • C++11为std::condition_variable提供了一个重载版的wait(),它接受一个和一个谓词作为参数。这个谓词在自动重新获取锁并在每次醒来时检查,这样可以避免假唤醒的问题。
  3. 通知时机的优化

    • 在添加任务到队列中时,只有在队列空的情况下才需要调用notify_one(),这样可以减少不必要的线程唤醒。

考虑到些建议,你的函数可以被重写为如下形式以实现更稳健的行为:

XTask* XThreadPool::GetTask() { unique_lock<mutex> lock(mux cv_.wait(lock, [this](){ return !tasks_.empty(); }); // 由于使用了lambda表达式,已经确保不会是空的,不需要再次检查 auto task = tasks_.front(); tasks_.pop_front(); return task; }

这样修改之后,当wait()调用结束,你可以确信任务队非空,这就不需要再次检查是否为空。另外,通过使用谓,代码更简洁,并且提高了对假唤醒的处理。

"释放传递进来的互斥锁"是什么意思?另外,你修改的代码,我感觉会浪费性能,你觉得呢?

释放传递进来的互斥锁

在条件变量的上下文中,“释放传递进来的互斥锁”是指当线程在wait()调用中等待时,它将自动释放它持有的互斥锁。这是为了允许其他线程能够锁定这个互斥锁来进入临界区。

为什么要这么做?因为当一个线程在等待某个条件变成真时(比如等待任务队列不为空),它实际上不需要持续持有锁,因为它不需要访问临界区的资源。通过释放锁,我们允许其他线程进入临区,比如添加任务到任务队列中。一旦条件满足(任务被添加),等待的线程将被通知唤醒,此时它需要重新获取互斥锁来再次访问临界资源。

修改代码是否会浪费性能

修改后的代码中使用cv_.wait(lock, predicate)是一个好的做法,因为它避免了假唤醒的问题。每次线程被醒时,谓词函数会检查条件是否为真,这意味着你不需要在wait()之后再次检查队列是否为空。

对于性能的考虑,使用谓词可以在大多数情况下提高效率,因为它减少了假唤醒后的无效操作。假唤醒是当线程被系统错误地唤醒,而条件实际上并未满足。使用谓词可以确保线程仅在条件确实满足时退出等待。虽然检查谓词会增加一些额外的开销,但这通常比处理假唤醒带来的复杂性和潜在的性能问题要轻微得多。

在实际的多线程环境中,这个额外的检查通常不会引起性能问题,并且通常值得为了代码的正确性和健壮性而进行。当然,性能问题需要考虑具体的上下文和应用场景,如果任务生成和消费的速率非常高,在一些情况下可能需要进行更精细的性能调优。

综合来看,使用谓词的wait()通常是推荐的做法,既安全又能够在大多数情况下提供良好的性能。

你刚提到了wait()应该在一个循环中使用,这样不会导致性能浪费吗