C ++生产者消费者陷入僵局

Question

我正在尝试创建一个生产者-消费者程序，消费者必须继续运行，直到所有生产者完成，然后消费队列中剩余的内容（如果还有剩余），然后结束。您可以在下面查看我的代码，我想我知道问题出在哪里（可能是死锁），但我不知道如何使其正常工作。

  #include<iostream>
  #include<cstdlib>
  #include <queue>
  #include <thread>
  #include <mutex>
  #include <condition_variable>

  using namespace std;

  class Company{
    public:
        Company() : producers_done(false) {}
        void start(int n_producers, int n_consumers); // start customer&producer threads
        void stop(); // join all threads
        void consumer();
        void producer();
        /* some other stuff */
    private:
        condition_variable cond;
        mutex mut;
        bool producers_done;
        queue<int> products;
        vector<thread> producers_threads;
        vector<thread> consumers_threads;
        /* some other stuff */
  };

void Company::consumer(){
    while(!products.empty()){
        unique_lock<mutex> lock(mut);
        while(products.empty() && !producers_done){
            cond.wait(lock); // <- I think this is where the deadlock happens
        }
        if (products.empty()){
            break;
        }
        products.pop();
        cout << "Removed product " << products.size() << endl;
    }
}

void Company::producer(){
    while(true){
        if((rand()%10) == 0){
          break;
        }
        unique_lock<mutex> lock(mut);
        products.push(1);
        cout << "Added product " << products.size() << endl;
        cond.notify_one();
    }
}

void Company::stop(){
    for(auto &producer_thread : producers_threads){
        producer_thread.join();
    }
    unique_lock<mutex> lock(mut);
    producers_done = true;
    cout << "producers done" << endl;
    cond.notify_all();
    for(auto &consumer_thread : consumers_threads){
        consumer_thread.join();
    }
    cout << "consumers done" << endl;
}

void Company::start(int n_producers, int n_consumers){
  for(int i = 0; i<n_producers; ++i){
    producers_threads.push_back(thread(&Company::producer, this));
  }

  for(int i = 0; i<n_consumers; ++i){
    consumers_threads.push_back(thread(&Company::consumer, this));
  }
}

int main(){
  Company c;
  c.start(2, 2);
  c.stop();

  return true;
}

我知道，这里有很多与生产者-消费者相关的问题，我已经浏览了至少 10 个，但没有一个回答我的问题。

Answer 1

当人们将std::atomic 与std::mutex 和std::condition_variable 一起使用时，几乎100% 的情况都会导致死锁。这是因为对该原子变量的修改不受互斥锁的保护，因此当该变量在互斥锁被锁定但条件变量在消费者中等待之前更新时，条件变量通知会丢失。

解决方法是不使用std::atomic，仅在持有互斥锁时修改和读取producers_done。例如：

void Company::consumer(){
    for(;;){
        unique_lock<mutex> lock(mut);
        while(products.empty() && !producers_done)
            cond.wait(lock);
        if(products.empty())
            break;
        orders.pop();
    }   
}

---

代码中的另一个错误是在while(!products.empty()) 中它调用products.empty() 而不持有互斥锁，从而导致竞争条件。

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下一个错误是在等待消费者线程终止时保持互斥锁锁定。修复：

{
    unique_lock<mutex> lock(mut);
    producers_done = true;
    // mutex gets unlocked here.
}
cond.notify_all();

for(auto &consumer_thread : consumers_threads)
    consumer_thread.join();