随笔之POSIX cond和Windows同步对象Event的讨论

 

一 原因

最近在实现一个线程池的时候，须要用到POSIX中的cond和mutex进行线程间等待和同步，功能相似MS的同步对象Event。

发现cond和mutex的连用仍是挺不人性化的。说实话，MS在同步对象的API上，作得仍是至关不错，文档也很清晰。

Anyway，既然只能使用POSIX，就只能将就了。

我这个线程池在实现中碰到如下2个问题：

1 有n个线程等待一个事件。当有任务添加的时候，须要触发其中一个线程启动。

2 当线程池退出时，我须要触发全部线程启动，并检测退出标志，从而退出线程循环。

这个问题其实比初看上去要复杂，下面来分析

二 Windows上的实现

先介绍下Event同步对象，

HANDLE CreateEvent(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes, // pointer to security attributes
  BOOL bManualReset,  // flag for manual-reset event
  BOOL bInitialState, // flag for initial state
  LPCTSTR lpName      // pointer to event-object name
);
第二个参数：bManualReset表示该对象为人工仍是自动变量。咱们重点就是讨论这个，该值决定如下几个特色：

• 当Event为人工变量时，一旦被触发，则一直保持触发状态，触发调用ResetEvent重置状态。假设该值被触发，那么调用WaitXXX函数的全部线程都不该该阻塞在该事件上。
• 当Event为自动变量时，一旦被触发，若是有线程在等，那么只会启动其中一个线程（只会启动一个线程，由于该值在启动一个线程后会重置）。若是没有线程在等，那么该值一直保持触发状态

从上面Event的介绍来看，自动变量一次触发一个线程，而人工变量一直保持触发状态。不过系统并无说若是一个线程很快SetEvent并又ResetEvent的话，Wait的线程会如何。

 

咱们先看看在MS平台上该如何解决上面的问题：

最广泛的方法就是：

1 建立一个Auto的Event，这个Event用来触发工做线程从任务队列中获取任务

2 建立一个Manual的Event，这个Event用来触发全部工做线程退出

而后利用WaitForMultiObject来等待这两个Event。

Problem solved!!

三 Linux的实现

Linux上最大的问题是没有WaitForMultiObject这样的函数，那么咱们只能建立一个包含Mutex和Cond的结构体来充当Event

因为cond的触发有两个函数，特性分别是：

• pthread_cond_signal：保证多个线程调用pthread_cond_wait等待的时候只有一个线程可以返回。
• pthread_cond_broadcast：保证多个线程等待的时候，都能返回。

咱们在使用cond实现类型的触发和等待的时候，代码常常以下所示：

void Wake(allThreads?)

{

   Mutex lock

   set condition = 1;

  if(allThreads)

    pthread_cond_broadcast  //触发全部线程

else

   pthread_cond_signal  //触发单个线程

   Mutex unlock

}

void Wait()

{

   Mutex lock

  while(condition != 1)

   {

      pthread_cond_wait(cond,&mutex); //cond的wait须要传入一个Mutex作参数，wait函数内部会unlock这个mutex

   }

   Mutex unlock

}

 

为何在Wait的时候须要有一个while循环来检测condition是否知足条件呢？最主要有两个缘由：

• cond自己的机制致使。若是cond触发（不管是signal仍是broadcast）的时候，没有线程在wait的话，那么线程之后wait将没法捕获这个触发。这和Windows的Event大相径庭。自动变量的Event若是触发后，即便当时没有线程在等待，若是之后有线程等待的话，那么也是能够返回的。而posix的cond没有实现这个功能。因此咱们只能本身加condition来作判断。若是condition为1，则无需等待。
• pthread_cond_wait的返回有多是由于信号的缘由致使，这个时候conditon并不知足，因此这里也须要一个while循环

根据上面的基础知识，咱们目前已知足的是：

• cond_signal能而且只能触发一个线程起来
• cond_broadcast能触发全部线程起来

可是问题随之而来，由于如今只有一个condition，何时置为零呢？必须知足两个条件：

• 对于触发单个线程的来讲，由于只有一个启动，因此当它启动后，须要把condtion置为零，表示本身已经消费了这个条件。
• 对于全部启动的来讲，只有最后一个线程退出等待的时候须要把conditon置为零，表示全部人都消费了这个条件。

解决办法就是使用waiter计数，最终修改后的代码以下：

void Wake(allThreads?)

{

   Mutex lock

   if(condtion == -1 || condition == 1)  //为何要加这样的判断？

     {

       Mutex unlock

       return;

     }

    if(allThreads)

  {

    set condition = -1; //表示等待多个

     pthread_cond_broadcast  //触发全部线程

  }

else

{

   set condition = 1;

    pthread_cond_signal  //触发单个线程

}

   Mutex unlock

}

void Wait()

{

   Mutex lock

  ++waiters;

  while(condition == 0)

   {

      pthread_cond_wait(cond,&mutex); //cond的wait须要传入一个Mutex作参数，wait函数内部会unlock这个mutex

   }

  if(--waiters == 0)

     condition = 0;

 

   Mutex unlock

}

咱们能够捋一下各类case：

• 只触发单个线程的话，没有问题。这个是最简单的。
• 触发多个线程的话，若是在触发后而且在旧的等待线程未所有返还以前，若是又有新线程调用wait的话，其实是不会被阻塞的。

Wake函数前面红色字体的代码干什么用？

就怕调用者先调用了Wake(true)，旋即又调用了Wake(false)，致使condtion值混乱。经过判断condition是否已经触发，咱们能够避免出问题。

 

四：结论

POSIX的cond和mutex联合使用，总感受效率上会有损失。由于cond_wait返还后仍是须要竞争mutex，实际上Wait函数在用户空间是串行执行的。

不知道Windows的Event是如何实现的？

上面的代码应该还不是很完善，有问题再修改，不知道您看出什么毛病了吗？