为啥 Boost 库在其线程屏障的实现中使用 m_ge​​neration 变量？

Posted 2023-03-17

【中文标题】为啥 Boost 库在其线程屏障的实现中使用 m_ge​​neration 变量？

【英文标题】：Why does the Boost library use an m_generation variable in its implementation of a thread barrier?为什么 Boost 库在其线程屏障的实现中使用 m_ge​​neration 变量？

【发布时间】：2014-11-29 05:09:18

【问题描述】：

boost 库（在 C++11 标准之前）提供了对线程的支持。作为其支持的一部分，它还提供了“屏障”的实现，这是一个允许同步的简单类。引用boost website：

“屏障是一个简单的概念。也称为集合点，它是多个线程之间的同步点。屏障被配置为特定数量的线程（n），当线程到达屏障时，它们必须等待直到所有n个线程都到达了。一旦第n个线程到达屏障，所有等待的线程都可以继续，屏障被重置。"

屏障（等待）的主要功能的实现，截至Boost 1.54，如下图所示：

bool wait()

    boost::mutex::scoped_lock lock(m_mutex);
    unsigned int gen = m_generation;

    if (--m_count == 0)
    
        m_generation++;
        m_count = m_threshold;
        m_cond.notify_all();
        return true;
    

    while (gen == m_generation)
        m_cond.wait(lock);
    return false;

可见屏障是可重复使用的：一旦构建，第一次使用后不需要销毁。

我现在的问题是：变量 m_ge​​neration 是干什么用的？我假设 boost 库的作者有理由包含它。每次重置/准备重用屏障时，它都会增加，但目的是什么？它是一个私有变量，因此无法从外部读取。同样的问题也可以通过 wait() 函数内部的一个简单的内部 bool 变量轻松解决，而无需私有类变量。

【参考方案1】：

简而言之，需要m_generation来处理spurious wakeups。

生成计数器与条件变量一起使用，向所有在屏障上等待的线程发出信号，表明它们可以继续进行：

一旦有m_threshold 线程到达屏障，它的代号就会增加，并且条件变量会发出信号。这会导致等待线程（即那些较早到达屏障的线程）从m_cond.wait(lock) 唤醒。

现在，等待线程可以从m_cond.wait(lock) 唤醒，以获取other reasons。这就是m_generation 出现的地方：如果它被更改，那么屏障已经被重置并且线程可以继续。如果m_generation 仍然包含相同的值，则线程需要回到m_cond.wait(lock)。

在wait() 中使用自动变量无法实现这一点，因为每个线程都有自己的实例。

【讨论】：

啊！非常感谢。我忽略了一个事实，即内部变量会导致每个线程都有自己的实例。现在它是有道理的。非常感谢。