多线程。两个不同线程中的两个 while 循环的未定义行为

Question

#include <mutex>

using namespace std;

int counter = 0;
mutex m;

void thread1() {
    while(1) {
        m.lock();
        cout << "th1 " << counter << endl;
        ++counter;
        if (counter == 300) {
            m.unlock();
            break;
        }
        m.unlock();
    }
}

void thread2() {
    while(1) {
        m.lock();
        cout << "th2 " << counter << endl;
        if (counter == 10) {
            counter = 300;
            m.unlock();
            break;
        }
        m.unlock();
    }
}

int main(int argc, const char * argv[]) {

    thread th1(thread1);
    thread th2(thread2);
    th1.join();
    th2.join();
    return 0;
}

我正在使用 while 循环运行两个线程。为什么尽管我使用 mutex lock 和 unlock 这段代码的结果每次都不同。 来自函数 thread1 的第一个代码被执行 X 次，然后来自函数 thread2 的代码被执行 y 次。 他们不应该一个接一个地执行吗.. thread1 -> thread2 -> thread1 -> 等等？

Answer 1

这是非确定性的，因为您有竞争条件。

每次您解锁互斥锁时，两个线程都会竞相再次锁定它。

此外，在您的代码中，您可以增加超过 10 并错过 thread2 中的退出条件，这不是我认为您想要的。

使用条件变量 (std::condition_variable) 可以将执行同步为您所描述的内容（线程 1、线程 2、线程 1 等）的一种方法。

这是您的代码，稍作修改即可获得同步行为：

#include <mutex>
#include <iostream>
using namespace std;

int counter = 0;
bool flag = false;
mutex m;
condition_variable c;

void thread1() {
    while(1) {
        unique_lock<mutex> lk(m);
        c.wait(lk, []{ return flag; });
        cout << "th1 " << counter << endl;
        if (counter == 300) {
            flag=!flag;
            lk.unlock();
            c.notify_one();
            break;
        }
        counter++;
        flag=!flag;
        lk.unlock();
        c.notify_one();
    }
}

void thread2() {
    while(1) {
        unique_lock<mutex> lk(m);
        c.wait(lk, []{ return !flag; });
        cout << "th2 " << counter << endl;
        if (counter == 10) {
            counter = 300;
            flag=!flag;
            lk.unlock();
            c.notify_one();   
            break;
        }
        flag=!flag;
        lk.unlock();
        c.notify_one();
    }
}

int main(int argc, const char * argv[]) {

    thread th1(thread1);
    thread th2(thread2);
    th1.join();
    th2.join();
    return 0;
}

还有输出：

th2 0
th1 0
th2 1
th1 1
th2 2
th1 2
th2 3
th1 3
th2 4
th1 4
th2 5
th1 5
th2 6
th1 6
th2 7
th1 7
th2 8
th1 8
th2 9
th1 9
th2 10
th1 300

然后程序退出...

几点说明：

线程在bool flag 变量上同步。

flag 用于创建在条件变量上调用的等待方法中使用的谓词

c.wait(lk, []{ return flag; });

这只是一个返回标志当前值的 lambda。

th1 在flag==true 上触发，th2 在flag==false 上触发。

notify_one 方法告诉等待线程检查它的条件。

我们使用unique_lock 实例，因为我们需要能够根据条件手动锁定/解锁。