Д. Стефенс - C++. Сборник рецептов

Например, в классе Queueиз примера 12.2 требуется использовать мьютекс для пробной блокировки с возвратом функцией dequeueзначения типа bool, показывающего, может или не может быть извлечен из очереди первый элемент. В этом случае при применении функции dequeueне приходится ждать блокировки очереди. Ниже показано, как можно переписать функцию dequeue.

bool dequeue(T& x) {

boost::try_mutex::scoped_try_lock lock(tryMutex_);

if (!lock.locked())

return(false);

else {

if (list_.empty()) throw "empty!";

x = list_.front();

list_.pop_front();

return(true);

}

}

private:

boost::try_mutex tryMutex_;

// ...

Используемые здесь мьютекс и блокировка отличаются от тех, которые применялись в примере 12.2. Убедитесь, что используемые вами имена классов мьютекса и блокировки правильно квалифицированы, в противном случае вы получите не то, на что рассчитываете.

При сериализации доступа к чему-либо вы заставляете пользователей этого ресурса выстраиваться друг за другом и дожидаться свой очереди. Если положение пользователей ресурса в очереди остается неизменным, каждый из них имеет шанс получения доступа к ресурсу. Однако если некоторым пользователям разрешается сокращать свою очередь, то до находящихся в конце очередь может никогда не дойти. Возникает зависание.

При использовании мьютекса mutex пользователи ресурса, которые находятся в состоянии ожидания, образуют группу, а не последовательность. Нельзя сказать, что существует определенный порядок между потоками, ожидающими возможности выполнения блокировки. Для мьютексов чтения/записи в библиотеке Boost Threads используется четыре политики планирования блокировок, которые были описаны ранее. Поэтому при использовании мьютексов чтения/записи необходимо понимать смысл различных политик планирования и действий ваших потоков. Если вы используете политику writer_priorityи у вас много потоков, создающих блокировки для записи, ваши читающие потоки будут зависать; то же самое произойдет при применении политики reader_priority, поскольку эти политики планирования всегда отдают предпочтение одному из двух типов блокировки. Если в ходе тестирования вы понимаете, что один из типов потоков продвигается в очереди недостаточно, рассмотрите возможность перехода на применение политики alternating_many_readsили alternating_single_read. Тип политики задается при конструировании мьютекса чтения/записи.

Наконец, состояние состязания возникает в том случае, когда в программе делается предположение об определенном порядке выполнения блокировок или об их атомарности, что оказывается неверным. Например, рассмотрим пользователя класса Queue, который опрашивает первый элемент очереди и при определенном условии извлекает его из очереди с помощью функции dequeue.

if (q.getFront() == "Cyrus") {

str = q.dequeue();

// ...

Этот фрагмент программного кода хорошо работает в однопоточной среде, потому что qне может быть модифицирован в промежутке между первой и второй строкой. Однако в условиях многопоточной обработки, когда практически в любой момент другой поток может модифицировать q, следует исходить из предположения, что совместно используемые объекты модифицируются, когда поток не блокирует доступ к ним. После строки 1 другой поток, работая параллельно, может извлечь следующий элемент из qпри помощи функции dequeue, что означает получение в строке 2 чего-то неожиданного или совсем ничего. Как функция getFront, так и функция dequeueблокирует один объект mutex, используемый для модификации q, но между их вызовами мьютекс разблокирован, и, если другой поток находится в ожидании выполнения блокировки, он может это сделать до того, как получит свой шанс строка 2.

Проблема состояния состязания в этом конкретном случае решается путем гарантирования сохранения блокировки на весь период выполнения операции. Создайте функцию-член dequeueIfEquals, которая извлекает следующий объект из очереди, если он равен аргументу. Функция dequeueIfEqualsможет использовать блокировку, как и всякая другая функция.

T dequeueIfEquals(const T& t) {

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

if (list_.front() == t)

// ...

Существуют состояния состязания другого типа, но этот пример должен дать общее представление о том, чего следует остерегаться. По мере увеличения количества потоков и совместно используемых ресурсов состояния состязания оказываются более изощренными и обнаруживать их сложнее. Поэтому следует быть особенно осторожным на этапе проектирования, чтобы не допускать их.

В многопоточной обработке самое сложное — гарантировать сериализованный доступ к ресурсам, потому что если это сделано неправильно, отладка становится кошмаром. Поскольку многопоточная программа по своей сути недетерминирована (так как потоки могут выполняться в различной очередности и с различными квантами времени при каждом новом выполнении программы), очень трудно точно обнаружить место и способ ошибочной модификации чего-либо. Здесь еще в большей степени, чем в однопоточном программировании, надежный проект позволяет минимизировать затраты на отладку и переработку.

Используется шаблон, в котором один поток (или группа потоков) выполняет какие-то действия, и требуется сделать так, чтобы об этом узнал другой поток (или группа потоков). Может использоваться главный поток, который передает работу подчиненным потокам, или может использоваться одна группа потоков для пополнения очереди и другая для удаления данных из очереди и выполнения чего-либо полезного.

Используйте объекты mutexи condition, которые объявлены в boost/thread/mutex.hpp и boost/thread/condition.hpp . Можно создать условие ( condition) для каждой ожидаемой потоками ситуации и при возникновении такой ситуации уведомлять все ее ожидающие потоки. Пример 12.4 показывает, как можно обеспечить передачу уведомлений в модели потоков «главный/подчиненные».

Пример 12.4. Передача уведомлений между потоками

#include

#include

#include

#include

#include

#include

class Request { /*...*/ };

// Простой класс очереди заданий; в реальной программе вместо этого класса

// используйте std::queue

template

class JobQueue {

public:

JobQueue() {}

~JobQueue() {}

void submitJob(const T& x) {

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

list_.push_back(x);

workToBeDone_.notify_one();

}

T getJob() {

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