在 Lparallel 库中使用队列（Common Lisp）

Question

https://z0ltan.wordpress.com/2016/09/09/basic-concurrency-and-parallelism-in-common-lisp-part-4a-parallelism-using-lparallel-fundamentals/#channels 的 lparallel 库中关于队列的基本讨论说队列“允许在工作线程之间传递消息”。下面的测试使用一个共享队列来协调一个主线程和一个从属线程，其中主线程只是在退出之前等待从属线程完成：

(defun foo (q)
  (sleep 1)
  (lparallel.queue:pop-queue q))  ;q is now empty

(defun test ()
  (setf lparallel:*kernel* (lparallel:make-kernel 1))
  (let ((c (lparallel:make-channel))
        (q (lparallel.queue:make-queue)))
    (lparallel.queue:push-queue 0 q)
    (lparallel:submit-task c #'foo q)
    (loop do (sleep .2)
             (print (lparallel.queue:peek-queue q))
          when (lparallel.queue:queue-empty-p q)
            do (return)))
  (lparallel:end-kernel :wait t))

这按预期产生输出：

* (test)

0
0
0
0
NIL
(#<SB-THREAD:THREAD "lparallel" FINISHED values: NIL {10068F2B03}>)

我的问题是我是否正确或完全使用 lparallel 的队列功能。看起来队列只是使用全局变量来保存线程共享对象的替代品。使用队列的设计优势是什么？为每个提交的任务分配一个队列（假设任务需要通信）通常是一种好习惯吗？感谢您提供更深入的见解。

Answer 1

多线程工作是通过管理对 mutable 的并发访问来完成的 共享状态，即你有一个通用数据结构的锁， 每个线程读取或写入它。

但是建议尽量减少数据的数量 同时访问。队列是一种将工作人员与每个工作人员分离的方法 其他，通过让每个线程管理其本地状态并交换数据 仅通过消息；这是线程安全的，因为访问 队列由locks and condition variables控制。

您在主线程中所做的是轮询队列何时 是空的;这可能会起作用，但这会适得其反，因为队列 被用作同步机制，但在这里你正在做 自己同步。

(ql:quickload :lparallel)
(defpackage :so (:use :cl
                      :lparallel
                      :lparallel.queue
                      :lparallel.kernel-util))
(in-package :so)

让我们改变foo，让它有两个队列，一个用于传入 请求，一个用于回复。在这里，我们执行一个简单的转换为 正在发送的数据，对于每个输入消息，只有一个 输出消息，但不一定总是如此。

(defun foo (in out)
  (push-queue (1+ (pop-queue in)) out))

更改test，使控制流仅基于对队列的读/写：

(defun test ()
  (with-temp-kernel (1)
    (let ((c (make-channel))
          (foo-in (make-queue))
          (foo-out (make-queue)))
      (submit-task c #'foo foo-in foo-out)
      ;; submit data to task (could be blocking)
      (push-queue 0 foo-in)
      ;; wait for message from task (could be blocking too)
      (pop-queue foo-out))))

但是，如果有多个任务正在运行，如何避免在测试中进行轮询？您是否不需要不断检查其中任何一项何时完成，以便您可以将更多工作推入队列？

您可以使用不同的并发机制，类似于 listen 和 poll/epoll，您可以在其中监视多个 事件的来源，并在其中一个准备好时做出反应。有像 Go (select) 和 Erlang (receive) 这样的语言 这是很自然的表达方式。在 Lisp 方面，Calispel 库提供了类似的交替机制（pri-alt 和 fair-alt）。例如，以下内容来自 Calispel 的测试代码：

(pri-alt ((? control msg)
          (ecase msg
            (:clean-up (setf cleanup? t))
            (:high-speed (setf slow? nil))
            (:low-speed (setf slow? t))))
         ((? channel msg)
          (declare (type fixnum msg))
          (vector-push-extend msg out))
         ((otherwise :timeout (if cleanup? 0 nil))
          (! reader-results out)
          (! thread-expiration (bt:current-thread))
          (return)))

在 lparallel 的情况下，没有这样的机制，但你可以只使用队列，只要你用标识符标记你的消息。

如果您需要在任一任务t1 或t2 给出结果后立即做出反应，那么让这两个任务写入同一个结果通道：

(let ((t1 (foo :id 1 :in i1 :out res))
      (t2 (bar :id 2 :in i2 :out res)))
   (destructuring-bind (id message) (pop-queue res)
     (case id
       (1 ...)
       (2 ...))))

如果你需要在t1和t2发出结果时同步代码，让它们在不同的通道中写入：

(let ((t1 (foo :id 1 :in i1 :out o1))
      (t2 (bar :id 2 :in i2 :out o2)))
   (list (pop-queue o1)
         (pop-queue o2)))