带有条件变量的死锁

Question

我在尝试从线程通知 condition_variable 时遇到死锁。

这是我的 MCVE：

#include <iostream>
#include <boost/thread.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/condition_variable.hpp>

static boost::mutex m_mutex;
static boost::condition_variable m_cond;

void threadFunc()
{
    std::cout << "LOCKING MUTEX" << std::endl;
    boost::mutex::scoped_lock lock( m_mutex );
    std::cout << "LOCKED, NOTIFYING CONDITION" << std::endl;
    m_cond.notify_all();
    std::cout << "NOTIFIED" << std::endl;
}

int main( int argc, char* argv[] )
{
    while( true )
    {
        std::cout << "TESTING!!!" << std::endl;

        boost::mutex::scoped_lock lock( m_mutex );

        boost::thread thrd( &threadFunc );

        //m_cond.wait( lock );
        while ( !m_cond.timed_wait(lock,boost::posix_time::milliseconds(1)) )
        {
            std::cout << "WAITING..." << std::endl;
        }

        static int pos = 0;
        std::cout << "DONE!!! " << pos++ << std::endl;

        thrd.join();
    }

    return 0;
}

如果使用m_cond.wait( lock );，我看到每次尝试都会写入DONE!!!，这里没问题。

如果我使用while ( !m_cond.timed_wait(lock,boost::posix_time::milliseconds(1)) ) 循环，我会看到DONE!!! 被写入了几次尝试，并且在某些时候，我得到了一个死锁，等待终于永远不会结束：

TESTING!!!
LOCKING MUTEX
LOCKED, NOTIFYING CONDITION
NOTIFIED
WAITING...
WAITING...
WAITING...
WAITING...
WAITING...
WAITING...
...

我已经阅读了有关 stackoverflow 的其他帖子（例如 Condition variable deadlock）：他们提到如果在条件的等待函数运行之前调用 notify_all 可能会发生这种情况，因此必须使用互斥锁来防止这种情况发生。但我觉得这就是我正在做的事情：

• 我在创建线程之前锁定了互斥锁
• 然后线程无法在到达m_cond.timed_wait 之前通知（然后互斥锁被解锁）
• 在循环内，如果超时，timed_wait 会重新锁定互斥锁，因此无法完成通知，我们会打印“WITTING...”并在再次准备好接收通知时释放互斥锁

那么为什么会发生死锁呢？是否可以在timed_wait 检测到超时和重新锁定互斥锁之间通知条件？

Answer 1

问题是，如果timed_wait 在调用notify_all 之前完成，那么它必须等待线程释放互斥锁（即在调用notify_all 之后），然后才能继续调用timed_wait再次，线程已经完成，所以timed_wait 永远不会成功。有两种情况会发生这种情况，如果您的线程启动时间超过一毫秒（应该不太可能，但您的操作系统的调度变化无常意味着它可能会发生，尤其是在 CPU 繁忙的情况下），另一种是虚假唤醒。

可以通过在调用notify_all 时设置一个标志来防止这两种情况，等待线程可以检查该标志以确保已调用通知：

#include <iostream>
#include <boost/thread.hpp>
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/condition_variable.hpp>

static boost::mutex m_mutex;
static boost::condition_variable m_cond;

void threadFunc(bool& notified)
{
    std::cout << "LOCKING MUTEX" << std::endl;
    boost::mutex::scoped_lock lock(m_mutex);
    std::cout << "LOCKED, NOTIFYING CONDITION" << std::endl;
    notified = true;
    m_cond.notify_all();
    std::cout << "NOTIFIED" << std::endl;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    while (true)
    {
        std::cout << "TESTING!!!" << std::endl;

        boost::mutex::scoped_lock lock(m_mutex);

        bool notified = false;

        boost::thread thrd(&threadFunc, boost::ref(notified));

        //m_cond.wait( lock );
        std::cout << "WAITING..." << std::endl;
        while (!m_cond.timed_wait(lock, boost::posix_time::milliseconds(1), [&] { return notified; }))
        {
            std::cout << "WAITING..." << std::endl;
        }

        static int pos = 0;
        std::cout << "DONE!!! " << pos++ << std::endl;

        thrd.join();
    }

    return 0;
}

Answer 2

条件变量的等待必须在条件发出信号之前开始。使用您的代码，虚假唤醒可能允许线程在等待开始之前完成。

解决方案是这样的 - 不要只等待条件变量。测试一个共享标志，并使用条件变量在发出信号后立即唤醒。请在此处查看 Rainer 的指南： https://www.modernescpp.com/index.php/c-core-guidelines-be-aware-of-the-traps-of-condition-variables

另请参阅有关将 boost 条件变量与谓词一起使用的主题： boost::condition_variable - using wait_for with predicate

和 How do I use a boost condition variable to wait for a thread to complete processing?