如何多线程这个？答案

【问题标题】：How to multi-thread this?如何多线程这个？
【发布时间】：2011-02-23 11:59:03
【问题描述】：

我希望有两个线程。第一个thread1偶尔会调用如下伪函数：

void waitForThread2() {
  if (thread2 is not idle) {
    return;
  }
  notifyThread2IamReady(); // i.e. via 1st condition variable
  Wait for thread2 to finish exclusive access. // i.e. via 2nd condition variable.
}

第二个线程2永远在下面的伪循环中：

for (;;) {
  Notify thread1 I am idle.
  Wait for thread1 to be ready. // i.e. via 1st condition variable.
  Notify thread1 I am exclusive.
  Do some work while thread1 is blocked.
  Notify thread1 I am busy. // i.e. via 2nd condition variable.
  Do some work in parallel with thread1.
}

编写此代码的最佳方法是什么，以使线程 1 和线程 2 在具有多核的机器上尽可能保持忙碌。我想避免一个线程的通知和另一个线程的检测之间的长时间延迟。我尝试使用 pthread 条件变量，但发现线程 2 执行“通知线程 1 我很忙”与 thear2IsExclusive() 上的 waitForThread2() 中的循环之间的延迟可能长达近一秒。然后我尝试使用 volatile sig_atomic_t 共享变量来控制它，但是出了点问题，所以我一定没有正确地做。

【问题讨论】：

你最好告诉人们你真正想要解决的问题，而不是要求他们实施你已经构想的解决方案......
您的伪代码没有多大意义。你如何通知另一个你很忙的线程，为什么？此外，您在这里关注线程；通常，您需要同步数据。您正在同步哪些数据，您的并行操作如何？
如果您的 condvars 需要一秒钟的时间来做任何事情，那么您就做错了。此外，规范的做法是锁定数据结构，而不是“通知另一个线程”；后者无法扩展。
@tc 大多数时候 cond var 很快，但有时可能需要接近一秒。
@WhirlWind 并行工作是在单独的数据上，因此不需要同步。目前，我通过条件变量通知我正忙的另一个线程。他们之所以通知是因为在短暂的忙碌期间，thread2正在修改thread1查看的数据结构。

标签： c++ pthreads mutex condition-variable

【解决方案1】：

似乎您应该使用信号量来发出信号，而不是让线程空闲的“while”循环等待某些条件发生。空闲循环很糟糕。

【讨论】：

空闲循环实际上是为了解释这个想法，而不是真正以这种方式实现。我已将它们从问题中删除，因为它们会分散主要问题的注意力。目前，这些都是通过没有超时的条件变量实现的。

【解决方案2】：

在我看来，您正在尝试约会（来自 Ada 的术语）。

第二个线程正在等待第一个线程调用它，然后在第一个线程等待时立即执行一些工作，并在第一个线程完成后执行更多工作。

第一个线程正在“调用”第二个线程 - 如果第二个线程无法进行调用，则会立即超时。

Ada 直接在语言中支持这一点，但假设不能移植到 Ada...

这可以用三个信号量来实现。信号量 1 表示线程 1 已准备好会合。信号量 2 表示线程 2 已准备好会合。信号量 3 表示集合完成。

线程 1：获取信号量 1 的默认值。

 if Semaphore 2.acquire(timeout = 0) is successful # Thread 2 is ready
     Semaphore 1.release() # Indicate I am ready
     Semaphore 3.acquire() # Wait until the rendevous is complete.
     Semaphore 3.release()
     Semaphore 1.acquire() # Indicate I am not ready
     Semaphore 2.release() # I am no longer using thread 2.

 Do concurrent work

线程 2：获取信号量 2 的默认值。

 Loop forever
     Semaphore 3.acquire() # Indicate Rendevous is not complete.
     Semaphore_2.release() # Indicate I am ready
     Semaphore_1.acquire() # Wait for Thread 1 to be ready
     Joint processing
     Semaphore 1.release() # I am no longer using thread 1.
     Semaphore 3.release() # Rendevous is complete.
     Semaphore 2.acquire() # I am not ready

 Post-processing

注意：从头开始编写，未经测试。看起来比我开始时想象的要复杂得多；我错过了什么吗？

【讨论】：

信号量是否比使用带互斥锁的条件变量更有效？
代码行效率更高？不知道。在运行时更高效？与所有其他间接费用相比，我怀疑你能分辨出区别。如果您的代码中没有太多更好的地方需要优化，我会感到非常惊讶。

【解决方案3】：

与其让您的线程互相告诉“我很忙”或“我不忙”，不如试着从您的线程正在操作的数据对象的角度来思考。

如果存在两个线程可能同时尝试更改的某些数据（例如计数器），则意味着您需要一个互斥体。

当一个线程对其他线程可能正在等待的共享数据状态进行更改时，向条件变量发出信号以通知它们。（例如，如果生产者线程将数据添加到队列中，它可能会发出“dataAvailable”条件信号，消费者可能正在等待。）

【讨论】：

我认为这是问题的核心。