实现有界缓冲区（读取器和写入器之间的非阻塞，读取器之间的阻塞，写入器之间的阻塞）

Posted 2023-02-22

【中文标题】实现有界缓冲区（读取器和写入器之间的非阻塞，读取器之间的阻塞，写入器之间的阻塞）

【英文标题】：implement bounded buffer (non-block between reader and writer, block among readers, block among writers)

【发布时间】：2016-09-13 21:52:14

【问题描述】：

实现有界队列

阅读： 如果队列为空，则等待它可以返回一个超时值 如果另一个线程正在从队列中读取，则等待该线程完成 从队列中移除第一个元素并返回它 如果线程正在写入队列，请不要阻塞

写： 如果队列已满，请等待读取一个值并超时 如果另一个线程正在写入队列，请等待该线程完成 将元素写入队列末尾 如果线程正在从队列中读取，请不要阻塞

我不确定我的实现是否正确

using namespace std;

template <typename T, int N>
class BoundedBuffer 
private:
    std::array<T, N> buffer;
    int read_pos;
    int write_pos;

    std::mutex reader_mutex; //mutex for between readers
    std::mutex writer_mutex; //mutex for between writers

    std::mutex shared_mutex;
    std::condition_variable reader_queue;
    std::condition_variable writer_queue;
    int timeout; //timeout in millisecond


public:
    BoundedBuffer(const BoundedBuffer&) = delete;
    BoundedBuffer& operator=(const BoundedBuffer&) = delete;

    BoundedBuffer(int t) :
        read_pos(0),
        write_pos(0),
        timeout(t) 
    

    inline bool empty() 
        return read_pos == write_pos;
    

    inline bool full() 
        return write_pos >= read_pos + N;
    

    bool put(const T& data) 
        unique_lock<mutex> writer_lock(writer_mutex);

        
            unique_lock<mutex> shared_lock(shared_mutex);
            if (full())  //buffer full
                if (writer_queue.wait_for(shared_lock, std::chrono::milliseconds(timeout)) ==
                    std::cv_status::timeout)
                    return false;
            
        

        buffer[write_pos%N] = data;
        write_pos++;
        reader_queue.notify_one();
        return true;
    

    pair<T, bool> get() 
        unique_lock<mutex> reader_lock(reader_mutex);

        
            unique_lock<mutex> shared_lock(shared_mutex);
            if (empty())  //buffer empty
                if (reader_queue.wait_for(shared_lock, std::chrono::milliseconds(timeout)) ==
                    std::cv_status::timeout) 
                    T t;
                    return make_pair(t, false);
                
            
        

        pair<T, bool> result = make_pair(buffer[read_pos%N], true);
        read_pos++;
        writer_queue.notify_one();
        return result;
    
;

【参考方案1】：

在我的代码中发现了一个错误： 在 put() 和 get() 方法中，它调用 wait_for() 并检查返回值。 如果超时，则返回 false，否则假定满足等待条件并且代码继续放置/获取数据。 如果 wait_for() 由于虚假唤醒而返回，并且当时条件不满足： put() 不满，get() 不空， 那么它将覆盖现有数据或读取错误数据。

解决方法是在 wait_for() 中使用谓词。它将忽略虚假唤醒。

    bool put(const T& data) 
            unique_lock<mutex> writer_lock(writer_mutex);

            
                    unique_lock<mutex> shared_lock(shared_mutex);
                    if (full())  //buffer full
                            if (writer_queue.wait_for(shared_lock, std::chrono::milliseconds(timeout),
                                    [this]()  return !full(); ) == false) 
                                    return false;
                            
                    
            

            buffer[write_pos%N] = data;
            write_pos++;
            reader_queue.notify_one();
            return true;
    


    pair<T, bool> get(int i) 
            unique_lock<mutex> reader_lock(reader_mutex);
            cout << "i : " << i << endl;

            
                    unique_lock<mutex> shared_lock(shared_mutex);
                    if (empty())  //buffer empty
                            if (reader_queue.wait_for(shared_lock, std::chrono::milliseconds(timeout),
                                    [this]()  return !empty(); )==false) 
                                    T t;
                                    return make_pair(t, false);
                            
                    
            

            pair<T, bool> result = make_pair(buffer[read_pos%N], true);
            read_pos++;
            writer_queue.notify_one();
            return result;