如何在实时应用程序中锁定线程[关闭]

Posted 2023-02-22

【中文标题】如何在实时应用程序中锁定线程[关闭]

【英文标题】：How to lock threads in real-time applications [closed]

【发布时间】：2018-10-06 10:08:30

【问题描述】：

这里绝对是多线程新手。

我有一个播放音乐的多媒体应用程序。具体来说，它有一个读取一些数据的音频线程 - 例如一个波形 - 并将其发送到声卡。这是一个实时操作，因此必须以“非阻塞”方式尽快执行。

另一方面，还有另一个线程负责处理用户界面。在这里，用户可以对该数据执行一些操作 - 例如通过添加或删除块来修改波形。这当然应该是可能的，但音频线程必须保持不受干扰地运行，并且始终提供可用的数据。

我的第一个想法是这样的（c++-ish pthread 伪代码）：

音频线程：

vector<sample> samples; // this is shared between this thread and the UI thread
mutexLock();
for (Sample sample : samples)
    play(sample);
mutexUnlock();

还有 UI 线程：

void onEditSample()

    while (mutexTryLock() == 0)
    
        editSamples(samples);
        mutexUnlock();
        break;
    

但我不太确定 try-lock 部分。您认为处理此问题的最佳方法是什么？

【问题讨论】：

您可能想研究标准Thread support library 的类和特性。由于您的问题过于宽泛，无法为您提供简洁的建议，这将有助于未来的研究人员解决您的问题。

@πάνταῥεῖ 我喜欢标准库中的线程。但是我现在有点坚持使用 pthreads。反正基础理论应该是一样的吧？

如果您不能使用当前的 c++11 标准库，我建议您为底层 pthreads 函数编写包装类。你可以很容易地想出相同的接口，所有的原则（尤其是使用 RAII 和锁守卫都是一样的）。

您可能希望将要在小缓冲区负载中播放的波形发送到音响系统，只锁定波形以复制每个缓冲区。还使用播放线程的读锁和波形编辑线程的写锁，但仅在完成编辑后准备好被复制到共享波形上。

【参考方案1】：

首先，在 UI 线程中循环使用 Try Lock 是没有意义的。只是一个普通的锁就可以了——它会阻塞的唯一线程是 UI 线程，而不是正在播放的线程。

现在，

这是一个实时操作，因此必须尽快执行 可能以“非阻塞”方式。

这并不完全正确。它不需要尽可能快速 执行 - 它需要在一定的及时性限制内执行。 （必须在声音设备播放完最后一组样本之前提​​供新样本 - 必须遵守最后期限）。

因此，鉴于互斥锁将在 UI 线程更新样本时锁定音频线程，我们所拥有的是音频线程不能被阻塞太久，因此 UI 线程必须只持有互斥锁很短的时间。

要尽量减少 UI 线程持有互斥锁的时间，您必须尽量减少更新样本所需的工作量。一种方法是使用 双缓冲 - 您有两个样本向量，其中一个由指针指示的音频线程积极使用。当 UI 线程想要更​​新样本时，它会将新样本复制到非活动向量中（没有持有互斥锁），然后获取互斥锁，将指针值交换到另一个向量，然后解锁互斥体。然后，互斥锁仅在更新单个指针值所需的时间长度内保持，这非常短。

【讨论】：

很好的解释，特别是对于双缓冲技巧（我不知道）。您写道“它要阻塞的唯一线程是 UI 线程，而不是正在播放的线程”。怎么会？是因为双缓冲优化吗？

@Ignorant: 不，我的意思是如果在 UI 线程中调用 try 锁并返回错误而不阻塞（因为互斥锁已被另一个线程持有），那么唯一的线程 会阻塞的是 UI 线程。 try 锁只对调用线程有帮助，并且只有当该线程有其他事情时它才有用，无论如何它可以在没有互斥锁的情况下有用。