C++ condition_variable wait_for 立即返回

Question

这是来自http://www.cplusplus.com/reference/condition_variable/condition_variable/wait_for/的简单代码

如果我在启动线程中注释行，为什么 wait_for() 会立即返回？

像这样：

// condition_variable::wait_for example
#include <iostream>           // std::cout
#include <thread>             // std::thread
#include <chrono>             // std::chrono::seconds
#include <mutex>              // std::mutex, std::unique_lock
#include <condition_variable> // std::condition_variable, std::cv_status

std::condition_variable cv;

int value;

void read_value() {
  std::cin >> value;
  cv.notify_one();
}

int main ()
{
  std::cout << "Please, enter an integer (I'll be printing dots): ";
  //std::thread th (read_value);

  std::mutex mtx;
  std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
  while (cv.wait_for(lck,std::chrono::seconds(1))==std::cv_status::timeout) {
    std::cout << '.';
  }
  std::cout << "You entered: " << value << '\n';

  //th.join();

  return 0;
}

更新：

请不要在这个例子中寻找其他问题（相关的缓冲cout ...）。最初的问题是关于为什么会跳过 wait_for。

Answer 1

简短回答：使用-pthread 编译，您的问题就会消失。

更新：

This is a confirmed bug/issue in libstdc++. 如果没有将-pthread 作为编译器标志传入，则定时等待调用将立即返回。鉴于该问题的历史（3 年），它不太可能很快得到解决。无论如何，请阅读下面我的消息，了解为什么您应该使用带有谓词的条件变量来避免虚假唤醒问题。即使您与 posix 线程库链接，它仍然适用。

cplusplus.com 上的示例代码有几个问题。首先，修改这一行：

std::cout << '.';

变成这样：

std::cout << '.';
std::cout.flush()

否则，如果标准输出没有被刷新，您将看不到任何点。

如果你像这样编译你的程序（带有注释掉的线程）：

g++ yourcode.cpp -std=c++11

然后生成的 a.out 程序会在未使用线程时出现您描述的问题。也就是说，当线程没有被使用时，会有一个虚假的唤醒。就好像在某个未知来源的条件变量上调用了一个幻象 notify() 调用。这很奇怪，但并非不可能。

但是一旦你取消注释掉线程变量的声明，程序就会因为程序没有使用多线程而抛出异常（并崩溃）：

terminate called after throwing an instance of 'std::system_error'
  what():  Enable multithreading to use std::thread: Operation not permitted
Please, enter an integer (I'll be printing dots): Aborted (core dumped)

有趣，所以让我们用-pthread重新编译来解决这个问题

g++ yourcode.cpp -std=c++11 -pthread

现在无论有没有线程，一切都按预期工作。似乎不再有虚假的唤醒。

现在让我们谈谈为什么您会看到您所看到的行为。 应始终编写使用条件变量的程序来处理虚假唤醒。最好使用谓词语句。也就是说，您可能会收到一个幻像通知，导致您的 wait 或 wait_for 语句提前返回。 cplusplus.com 网站上的示例代码没有使用谓词，也没有处理这种可能性。

我们修改如下：

更改此代码块：

  while (cv.wait_for(lck,std::chrono::seconds(1))==std::cv_status::timeout) {
    std::cout << '.';
  }

变成这样：

 while (cv.wait_for(lck,std::chrono::seconds(1), condition_check)==false) {
   std::cout << '.';
   std::cout.flush();
 }

然后在main之外的其他地方，但是在value的声明之后，添加这个函数：

bool condition_check() {
   return (value != 0);
}

现在等待循环将每秒和/或在输入线程进行notify 调用时唤醒。等待循环将一直持续到value != 0。 （从技术上讲，value 应该在线程之间同步，无论是使用锁还是作为 std::atomic 值，但这是一个小细节）。

现在的谜团是为什么wait_for 的非谓词版本会出现虚假的wake_up 问题。我的猜测是，当使用多线程运行时 (-pthread) 时，单线程 C++ 运行时会出现问题。可能condition_variable在链接posix线程库时有不同的行为或不同的实现。

Answer 2

这段代码有几个问题：

首先，正如您所注意到的，必须使用-pthread 选项构建程序。

其次，如果要查看打印的点，则需要刷新输出。

最重要的是，这是对互斥锁和条件变量的完全错误使用。条件变量通知表示用户指定的谓词/条件中值的变化：条件的变化和检查它必须是原子的和序列化的：否则会出现数据竞争并且程序的行为将是未定义的。

与示例程序的情况一样：value 由两个线程读写，但没有任何并发​​控制机制，或者换句话说，操作之间没有“先发生”关系，其内容为value和写value的操作。

固定示例如下：

// condition_variable::wait_for example
#include <chrono>             // std::chrono::seconds
#include <condition_variable> // std::condition_variable, std::cv_status
#include <iostream>           // std::cout
#include <mutex>              // std::mutex, std::unique_lock
#include <thread>             // std::thread

std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

int value;

void read_value() {
  int v;
  std::cin >> v;
  std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
  value = v;
  cv.notify_one();
}

int main() {
  std::cout << "Please, enter an integer (I'll be printing dots): ";
  std::thread th(read_value);

  std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
  while (cv.wait_for(lck, std::chrono::seconds(1)) == std::cv_status::timeout) {
    std::cout << '.' << std::flush;
  }
  std::cout << "You entered: " << value << '\n';

  th.join();

  return 0;
}

那么，有哪些变化：

• mutex 被移动到全局范围（为了示例），因此读取value 的线程可以锁定它，以便修改value。
• 读取位于单独的变量中；它不能直接进入value，因为value必须在互斥锁的保护下才能修改，但是持有互斥锁，同时等待输入表单std::cin会阻止主线程打印点，因为它会尝试在超时时获取互斥锁。
• 每个点输出后，std::cout 被刷新