在一个线程中修改成员变量并在另一个线程中读取

Question

我有两个成员变量。

class MessageQueues {
    ....
    char* m_InputBuffer;
    uint32_t m_InputBufferSize;
    ....
};

我在当前线程的函数中更新它们，甚至使用调试器查看成员变量已更新。但是在另一个函数中，在单独的线程中运行，成员变量包含垃圾。

所以，我有一个函数，它读取两个值并将它们写入两个成员变量，并在完成后触发另一个线程。

ErrorCode MessageQueue::handleIncomingMessage(char receiveBuffer[], const uint32_t bufferSize) {
    ES_TRC3("started");
    ErrorCode errorCode = ES_SUCCESS;
    pthread_mutex_lock(&mutexMsgQueueIncoming);
    m_InputBuffer = receiveBuffer;
    m_InputBufferSize = bufferSize;
    ES_TRC3("triggering and unlocking");
    pthread_cond_signal(&msgQueueCondition);
    pthread_mutex_unlock(&mutexMsgQueueIncoming);
    ES_TRC3("triggered and unlocked");
    return errorCode;
}

然后在第二个成员函数中，它无限期地在单独的线程中运行并等待消息，

ErrorCode MessageQueue::runReceiver(void) {
    ES_TRC3("started");
    ErrorCode errorCode = ES_SUCCESS;
    while(true)
    {
        ES_TRC3("waiting for input messages");
        pthread_cond_wait(&msgQueueCondition, &mutexMsgQueueIncoming);
        pthread_mutex_lock(&mutexMsgQueueIncoming);
        ES_TRC3("will parse message");
        if (strlen(m_InputBuffer) > 0UL) {
            if ((errorCode = m_MsgProtocol->parseMessage(m_InputBuffer, m_InputBufferSize)) != ES_SUCCESS)
            {
                ES_TRC1("failed to parseMessage, error:%d", errorCode);
            }
        }
        ES_TRC3("message parsed");
        pthread_mutex_unlock(&mutexMsgQueueIncoming);
    }
    return errorCode;
}

使用调试器（以及日志消息），我可以看到变量的更新和触发以正确的顺序发生。所以我不明白为什么在第二个函数中，成员变量似乎不包含正确的值。我在某处读到了一些关于“易失性”的东西。但不要真的认为，这是正确的答案。我在这里做错了吗？

更新： 互斥锁在类之外，但在同一个源文件中，在顶部初始化，如下所示。

pthread_mutex_t mutexMsgQueueIncoming       = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t msgQueueCondition            = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

其实很奇怪。当我在没有调试器的情况下运行程序时，似乎无法在 runReceiver() 函数中锁定互斥锁。使用调试器，互斥锁被锁定，但成员变量包含垃圾。好的，我想我应该调查一下。

Answer 1

这里有几个错误：

1. 必须在互斥锁锁定时等待条件变量。 pthread_cond_wait 文档是必读的。
2. 条件变量spurious wake-ups 必须由while 循环处理。

修复：

class MessageQueues {
    ....
    char* m_InputBuffer;
    uint32_t m_InputBufferSize;
    uint32_t m_WriteGeneration = 0; // <--- a fix.
    uint32_t m_ReadGeneration = 0;  // <--- a fix.
    ....
};

ErrorCode MessageQueue::handleIncomingMessage(char receiveBuffer[], const uint32_t bufferSize) {
    ES_TRC3("started");
    ErrorCode errorCode = ES_SUCCESS;
    pthread_mutex_lock(&mutexMsgQueueIncoming);
    m_InputBuffer = receiveBuffer;
    m_InputBufferSize = bufferSize;
    ++m_WriteGeneration; // <--- a fix.
    ES_TRC3("triggering and unlocking");
    pthread_cond_signal(&msgQueueCondition);
    pthread_mutex_unlock(&mutexMsgQueueIncoming);
    ES_TRC3("triggered and unlocked");
    return errorCode;
}

ErrorCode MessageQueue::runReceiver(void) {
    ES_TRC3("started");
    ErrorCode errorCode = ES_SUCCESS;
    while(true)
    {
        ES_TRC3("waiting for input messages");
        pthread_mutex_lock(&mutexMsgQueueIncoming);  // <--- a fix.
        while(m_ReadGeneration == m_WriteGeneration) // <--- a fix.
            pthread_cond_wait(&msgQueueCondition, &mutexMsgQueueIncoming); // <--- a fix.
        m_ReadGeneration = m_WriteGeneration; // <--- a fix.
        ES_TRC3("will parse message");
        if (strlen(m_InputBuffer) > 0UL) {
            if ((errorCode = m_MsgProtocol->parseMessage(m_InputBuffer, m_InputBufferSize)) != ES_SUCCESS)
            {
                ES_TRC1("failed to parseMessage, error:%d", errorCode);
            }
        }
        ES_TRC3("message parsed");
        pthread_mutex_unlock(&mutexMsgQueueIncoming);
    }
    return errorCode;
}

请注意，如果在runReceiver 解锁互斥锁时调用了两次handleIncomingMessage，则此代码将丢失消息。您可能需要一个消息队列，而不是存储最后一条消息（即，您有一个大小为 1 的队列，它会在溢出时丢弃旧元素）。

代码还需要检查 pthread 函数返回的错误代码。这相当乏味，最好使用 C++11 std::mutex、std::condition_variable、std::unique_lock 为您进行检查。在 C++98 中，您可以使用 boost 等价物。