这个生产者/消费者实现有什么问题？

Question

所以我正在考虑在 C++ 中使用简单的生产者/消费者队列。我最终将使用 boost 进行线程处理，但这个示例只是使用 pthreads。我最终也会使用一种更加面向对象的方法，但我认为这会掩盖我目前感兴趣的细节。

无论如何，我担心的具体问题是

1. 由于此代码使用 std::deque 的 push_back 和 pop_front - 它可能在不同线程中分配和释放底层数据 - 我认为这是不好的（未定义的行为） - 避免这种情况的最简单方法是什么？
2. 没有任何东西被标记为易失性。但是重要的位是互斥保护的。我是否需要将任何内容标记为易失性，如果需要，怎么办？ - 我不认为我这样做，因为我相信互斥体包含适当的内存屏障等，但我不确定。

还有其他明显的问题吗？

代码如下：

#include <pthread.h>
#include <deque>
#include <iostream>

struct Data
{
  std::deque<int> * q;
  pthread_mutex_t * mutex;
};

void* producer( void* arg )
{
  std::deque<int> &q = *(static_cast<Data*>(arg)->q);
  pthread_mutex_t * m =  (static_cast<Data*>(arg)->mutex);

  for(unsigned int i=0; i<100; ++i)
  {
    pthread_mutex_lock( m );
    q.push_back( i );
    std::cout<<"Producing "<<i<<std::endl;
    pthread_mutex_unlock( m );
  }
  return NULL;
}

void* consumer( void * arg )
{
  std::deque<int> &q = *(static_cast<Data*>(arg)->q);
  pthread_mutex_t * m =  (static_cast<Data*>(arg)->mutex);

  for(unsigned int i=0; i<100; ++i)
  {
    pthread_mutex_lock( m );
    int v = q.front();
    q.pop_front();
    std::cout<<"Consuming "<<v<<std::endl;
    pthread_mutex_unlock( m );
  }  
  return NULL;
}

int main()
{
  Data d;

  std::deque<int> q;
  d.q = &q;

  pthread_mutex_t mutex;
  pthread_mutex_init( &mutex, NULL );
  d.mutex = & mutex;

  pthread_t producer_thread;
  pthread_t consumer_thread;

  pthread_create( &producer_thread, NULL, producer, &d );
  pthread_create( &consumer_thread, NULL, consumer, &d );

  pthread_join( producer_thread, NULL );
  pthread_join( consumer_thread, NULL );
}

编辑：

我最终放弃了这个实现，我现在使用 Anthony Williams 的 here 代码的修改版本。我的修改版可以找到here这个修改版使用了更明智的基于条件变量的方法。

Answer 1

由于此代码使用 std::deque 的 push_back 和 pop_front - 它可能在不同线程中分配和释放底层数据 - 我认为这是不好的（未定义的行为） - 避免这种情况的最简单方法是什么？

只要一次只有一个线程可以修改容器，就可以了。

没有任何东西被标记为易失性。但重要的位是互斥保护的。我是否需要将任何内容标记为易失性，如果需要，怎么办？ - 我不认为我这样做，因为我相信互斥体包含适当的内存屏障等，但我不确定。

只要您使用互斥锁正确控制对容器的访问，它就不需要是volatile（这取决于您的线程库，但如果没有，它就不是一个很好的互斥锁提供正确的内存屏障）。

Answer 2

1. 如果两个线程在同一个进程中，在一个线程中分配内存并在另一个线程中释放它是完全有效的。

2. 使用互斥锁来保护对双端队列的访问应该提供正确的内存访问配置。

编辑： 唯一需要考虑的是生产者和消费者的性质。您的综合示例缺少与实际实现相关的一些微妙之处。例如，如果生产者与消费者的运行速度不完全相同，您将如何同步它们？您可能需要考虑使用管道或操作系统队列之类的东西而不是双端队列，这样如果没有准备好处理的数据，消费者可以在读取时阻塞。