`std::condition_var::notify_all` 死锁

Question

我有一个线程生成的 cpp 代码，将数据推入队列，另一个线程在将数据传递给其他库进行处理之前使用它。

std::mutex lock;
std::condition_variable new_data;
std::vector<uint8_t> pending_bytes;
bool data_done=false;

// producer
  void add_bytes(size_t byte_count, const void *data)
  {
    if (byte_count == 0)
        return;

    std::lock_guard<std::mutex> guard(lock);
    uint8_t *typed_data = (uint8_t *)data;
    pending_bytes.insert(pending_bytes.end(), typed_data,
                               typed_data + byte_count);

    new_data.notify_all();
  }

  void finish()
  {
    std::lock_guard<std::mutex> guard(lock);

    data_done = true;
    new_data.notify_all();
  }

// consumer
Result *process(void)
{
  data_processor = std::unique_ptr<Processor>(new Processor());

  bool done = false;
  while (!done)
  {
    std::unique_lock<std::mutex> guard(lock);
    new_data.wait(guard, [&]() {return data_done || pending_bytes.size() > 0;});

    size_t byte_count = pending_bytes.size();
    std::vector<uint8_t> data_copy;
    if (byte_count > 0)
    {
      data_copy = pending_bytes; // vector copies on assignment
      pending_bytes.clear();
    }

    done = data_done;
    guard.unlock();

    if (byte_count > 0)
    {
      data_processor->process(byte_count, data_copy.data());
    }
  }

  return data_processor->finish();
}

其中 Processor 是一个相当复杂的类，有很多多线程处理，但据我所知，它应该与上面的代码分开。

现在有时代码会死锁，我正试图找出竞争条件。我最大的线索是生产者线程似乎卡在notify_all() 下。在 GDB 中，我得到以下回溯，显示 notify_all 正在等待某事：

[Switching to thread 3 (Thread 0x7fffe8d4c700 (LWP 45177))]

#0  0x00007ffff6a4654d in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0
#1  0x00007ffff6a44240 in pthread_cond_broadcast@@GLIBC_2.3.2 () from /lib64/libpthread.so.0
#2  0x00007ffff67e1b29 in std::condition_variable::notify_all() () from /lib64/libstdc++.so.6
#3  0x0000000001221177 in add_bytes (data=0x7fffe8d4ba70, byte_count=256,
    this=0x7fffc00dbb80) at Client/file.cpp:213

同时还拥有锁

(gdb) p lock
$12 = {<std::__mutex_base> = {_M_mutex = {__data = {__lock = 1, __count = 0, __owner = 45177, __nusers = 1, __kind = 0,
        __spins = 0, __elision = 0, __list = {__prev = 0x0, __next = 0x0}},

另一个线程在条件变量 wait 中等待

[Switching to thread 5 (Thread 0x7fffe7d4a700 (LWP 45180))]
#0  0x00007ffff6a43a35 in pthread_cond_wait@@GLIBC_2.3.2 () from /lib64/libpthread.so.0
(gdb) bt
#0  0x00007ffff6a43a35 in pthread_cond_wait@@GLIBC_2.3.2 () from /lib64/libpthread.so.0
#1  0x00007ffff67e1aec in std::condition_variable::wait(std::unique_lock<std::mutex>&) () from /lib64/libstdc++.so.6
#2  0x000000000121f9a6 in std::condition_variable::wait<[...]::{lambda()#1}>(std::
unique_lock<std::mutex>&, [...]::{lambda()#1}) (__p=..., __lock=...,
    this=0x7fffc00dbb28) at /opt/rh/devtoolset-9/root/usr/include/c++/9/bits/std_mutex.h:104

Process数据部分下还有另外两个线程运行，它们也挂在pthread_cond_wait上，但据我所知，它们不共享任何同步基元（并且只是在等待调用processor->add_data或@ 987654334@) 知道notify_all 在等什么吗？或找到罪魁祸首的方法？

编辑：我在这里用虚拟处理器复制了代码： https://onlinegdb.com/lp36ewyRSP 但是，正如预期的那样，这并没有重现这个问题，所以我假设发生了一些更复杂的事情。可能只是不同的时间，但也许 condition_variable 和 OpenMP （由真实处理器使用）之间的一些交互可能导致这个？

Answer 1

我也遇到了同样的问题。做了几次实验后发现，如果condition_variable破坏后notify_all开始工作，notify_all就会死锁。

请参阅下面的代码。

#include <iostream>
#include <condition_variable>
#include <thread>
#include <chrono>

std::thread* t;
void test() {
    std::condition_variable cv;
    std::mutex cv_m;
    t = new std::thread([&](){
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));
        std::cout << "...before notify_all
";
        cv.notify_all();
        std::cout << "...after notify_all
";
    });

    std::unique_lock<std::mutex> lk(cv_m);
    std::cout << "Waiting... 
";
    cv.wait(lk, []{return true;});
    std::cout << "...finished waiting
";
}

int main()
{
    test();
    t->join();
}

在 Linux 上：

LSB Version:    :core-4.0-amd64:core-4.0-noarch:graphics-4.0-amd64:graphics-4.0-noarch:printing-4.0-amd64:printing-4.0-noarch
Distributor ID: CentOS
Description:    CentOS release 6.3 (Final)
Release:    6.3
Codename:   Final

名称信息：

Linux xxx_name 3.10.0_3-0-0-34 #1 SMP Sun Apr 26 22:58:21 CST 2020 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

使用 gcc 8.2.0 编译代码：

g++ --std=c++11 test.cpp -o test_cond -lpthread

程序会在输出“...before notify_all”后挂起，永远不会到达“...finished waiting”。

但是，使用 gcc 12.1.0 编译代码程序将成功运行。

Answer 2

在我看来，你应该在调用 notify_all (https://en.cppreference.com/w/cpp/thread/condition_variable) 之前解锁生产者中的互斥量