在 C/C++ 共享内存中等待和通知

Posted 2023-02-14

【中文标题】在 C/C++ 共享内存中等待和通知

【英文标题】：wait and notify in C/C++ shared memory

【发布时间】：2011-01-06 07:55:14

【问题描述】：

如何在 C/C++ 中的 Java 中等待和通知两个或多个线程之间的共享内存？我使用 pthread 库。

【参考方案1】：

如果可用，您可以使用 POSIX 信号量。 pthread 库具有互斥锁，它也可能对您有用。

【参考方案2】：

在您的标题中，您将 C 和 C++ 如此随意地混合为“C/C++”。我希望，您编写的程序不是两者的混合体。

如果您使用的是 C++11，您会发现一个可移植的（因为 C++，所以）比 pthreads 更安全/更易于使用的替代方案（在 POSIX 系统上，它通常在后台使用 pthreads）。

您可以使用std::condition_variable + std::mutex 等待/通知。 This example 显示如何：

#include <iostream>
#include <string>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::mutex m;
std::condition_variable cv;
std::string data;
bool mainReady = false;
bool workerReader = false;

void worker_thread()

    // Wait until main() sends data
    
        std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
        cv.wait(lk, []return mainReady;);
    

    std::cout << "Worker thread is processing data: " << data << std::endl;
    data += " after processing";

    // Send data back to main()
    
        std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
        workerReady = true;
        std::cout << "Worker thread signals data processing completed\n";
    
    cv.notify_one();


int main()

    std::thread worker(worker_thread);

    data = "Example data";
    // send data to the worker thread
    
        std::lock_guard<std::mutex> lk(m);
        mainReady = true;
        std::cout << "main() signals data ready for processing\n";
    
    cv.notify_one();

    // wait for the worker
    
        std::unique_lock<std::mutex> lk(m);
        cv.wait(lk, []return workerReady;);
    
    std::cout << "Back in main(), data = " << data << '\n';


    // wait until worker dies finishes execution
    worker.join();

这段代码还强调了 C++ 相对于 C 的其他一些优势：

此代码不包含单个原始指针 (which are treacherous) lambda expressions 其他各种syntactic swagg。

【讨论】：

“我希望，你写的程序不是两者的混合体”混合它们有什么问题？

@mFeinstein 在实践中，您经常混合使用它们。但是，当有疑问时，在思考“哦……我应该使用原始指针还是智能指针？”时，您已经在使用 C++（因为 C 没有智能指针），所以您肯定想使用智能指针，除非有一些 API 或其他限制禁止使用它们，或者它们显然是不必要的等等......可以花在解决更难的问题上。

【参考方案3】：

您需要两个对象，而不是用于等待/通知的 Java 对象：互斥体和条件变量。这些用pthread_mutex_init 和pthread_cond_init 初始化。

如果您需要在 Java 对象上进行同步，请使用 pthread_mutex_lock 和 pthread_mutex_unlock（请注意，在 C 中您必须自己手动配对）。如果您不需要等待/通知，只需锁定/解锁，那么您不需要条件变量，只需互斥锁。请记住，互斥锁不一定是“递归的”，这意味着如果您已经持有锁，则除非您设置 init 标志以表示您想要该行为，否则您将无法再次使用它。

如果您想拨打java.lang.Object.wait，请拨打pthread_cond_wait 或pthread_cond_timedwait。

如果您想拨打java.lang.Object.notify，请拨打pthread_cond_signal。

如果您想拨打java.lang.Object.notifyAll，请拨打pthread_cond_broadcast。

在 Java 中，等待函数可能会产生虚假唤醒，因此您需要在调用 signal 之前设置一些条件，并在调用 wait 之后检查，并且您需要在循环中调用 pthread_cond_wait。与在 Java 中一样，互斥锁会在您等待时释放。

与 Java 不同，在 Java 中，除非您持有监视器，否则您不能调用 notify，您可以实际上在不持有互斥锁的情况下调用 pthread_cond_signal。但是，它通常不会为您带来任何好处，而且通常是一个非常糟糕的主意（因为通常您想要锁定 - 设置条件 - 信号 - 解锁）。所以最好只是忽略它，像 Java 一样对待它。

实际上并没有更多内容，基本模式与 Java 相同，并非巧合。不过，请务必阅读所有这些功能的文档，因为您想了解和/或避免各种标志和有趣的行为。

在 C++ 中，您可以比仅使用 pthreads API 做得更好。您至少应该将 RAII 应用于互斥锁/解锁，但根据您可以使用的 C++ 库，您最好为 pthreads 函数使用更 C++ 的包装器。

【参考方案4】：

如果您不关心可移植性，Linux 提供了 eventfd，它可以为您提供所需的一切。每个 eventfd 都有一个内部计数器。在默认模式下，如果计数器为零，则从 eventfd 读取阻塞，否则立即返回。写入它会增加内部计数器。

因此，等待调用将只是一个uint64_t buf_a; read(event_fd, &buf_a, sizeof(buf_a));，其中 buf 必须是一个 8 字节的缓冲区。要通知等待的线程，您可以使用uint64_t buf_b = 1; write(event_fd, &buf_b, sizeof(buf_b));。

【参考方案5】：

pthread_cond_wait 和 pthread_cond_signal 可用于根据条件进行同步

【参考方案6】：

使用 Condition Variables 是一种方法：在 Linux 下使用 pthread 库时可以使用这些方法（参见链接）。

条件变量是 键入 pthread_cond_t 并与 等待的适当功能 之后，流程继续。