来自多个线程的共享锁会使寻找独占锁的单个线程饿死

Posted 2023-02-22

【中文标题】来自多个线程的共享锁会使寻找独占锁的单个线程饿死

【英文标题】：Shared locks from multiple threads can starve a single thread looking for an exclusive lock

【发布时间】：2020-11-16 17:46:59

【问题描述】：

假设我有几个线程从共享内存中读取。所有这些线程都在重复获取共享互斥锁上的共享锁来访问此内存。

假设我有一个线程写入该共享内存并获取独占锁。

如果有足够多的读取线程，可能永远不会有一个时间点，一个写入线程能够获取排他锁，因为共享锁在任何时间点都由多个线程持续持有。

解决这个问题最简单最直接的模式是什么？我正在寻找一种简单直接的方法来解决这个问题，最好使用 STL。

C++ 中的示例实现也会很有帮助。

【问题讨论】：

这能回答你的问题吗？ Reader/Writer Locks in C++

赋予写入者优先权的锁。一旦线程开始等待写锁，就不会再发出读锁了。释放所有读锁后，将授予写锁。

@MartinYork，stl 中有什么可以做到这一点吗？链接的帖子有一个 C++17 的实现，我相信它仍然会饿死写线程，我宁愿使用现有的预先测试的东西而不是实现我自己的读写锁。

@J... 不是真的。线程中有几个不正确的答案，它只关注使用什么样的互斥锁和锁。我已经在这里使用了共享锁，问题是线程饥饿，因为有许多读取线程和一个写入线程。具体来说，如果存在的话，我正在寻找一个简单直接的 stl 预构建解决方案。

令我惊讶的是，该标准没有定义任何方式来指定解决std::shared_mutex 冲突的“策略”，并且它不需要将新读者带入在等待的作家后面排队（即上面@MartinYork 描述的内容。）哦，好吧！这不是我第一次对 C++ 标准感到惊讶。

【参考方案1】：

这应该可行。

它并不复杂，如果您有多个作家，则不提供任何订单保证。但它应该可以工作。

#include <condition_variable>
#include <mutex>

class RWLock

    std::mutex                  lock;
    std::condition_variable     writeWaiters;
    std::condition_variable     readWaiters;

    int                         waitingWriters;
    int                         currentWriters;
    int                         currentReaders;

    public:
        RWLock()
            : waitingWriters(0)
            , currentWriters(0)
            , currentReaders(0)
        

    private:
        friend class RGuard;
        void readLock()
        
            std::unique_lock<std::mutex>     guard(lock);
            readWaiters.wait(guard, [&]return waitingWriters == 0;);
            ++currentReaders;
        
        void readUnLock()
        
            std::unique_lock<std::mutex>     guard(lock);
            --currentReaders;
            if (currentReaders == 0) 
                writeWaiters.notify_one();
            
        
    private:
        friend class WGuard;
        void writeLock()
        
            std::unique_lock<std::mutex>     guard(lock);
            ++waitingWriters;

            writeWaiters.wait(guard, [&]return (currentReaders != 0 || currentWriters != 0););
            ++currentWriters;
        
        void writeUnLock()
        
            std::unique_lock<std::mutex>     guard(lock);
            --waitingWriters;
            --currentWriters;
            if (waitingWriters != 0) 
                writeWaiters.notify_one();
            
            else 
                readWaiters.notify_all();
            
        

class RGuard

    RWLock&     lock;
    public:
        RGuard(RWLock& lock)
            : lock(lock)
        
            lock.readLock();
        
        ~RGuard()
        
            lock.readUnLock();
        
;
class WGuard

    RWLock&     lock;
    public:
        WGuard(RWLock& lock)
            : lock(lock)
        
            lock.writeLock();
        
        ~WGuard()
        
            lock.writeUnLock();
        
;

int main()

    RWLock  lock;
    RGuard  guardR(lock);
    WGuard  guardW(lock);

【参考方案2】：

我的首选解决方案是CsLibGuarded，您可以选择您的费用。

我使用了 lr_guarded 以便写入修改一个副本，而读取在另一侧继续，然后当写入完成时，所有新读取都转到修改后的一侧，依此类推。在所有读者离开后，写入也可以修改另一端。

（未经测试的代码）

using MapType = std::map<std::string, std::shared_ptr<ComplicatedObject>>;
lr_guarded<MapType> map;

void MyCache::insert(std::string key, std::shared_ptr<ComplicatedObject> element) 
 m_cache.modify(
 [&key, &element]
 (MapType & map) 
 map.emplace(key, element);
 );