[已解决]多线程莫名其妙问题

sun_chuan · 发表于 2024-7-19 15:25:40

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#include <iostream>
#include <thread>
#include <condition_variable>
#include <mutex>
#include <queue>
#include <vector>
#include <functional>
class ThreadPool
{
public:
ThreadPool(int numThread) :stop(false)
{
for (size_t i = 0; i < numThread; i++)
{
threads.emplace_back(
[this]()
{
while (1)
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
condition.wait(lock, [this]() {return !tasks.empty()||stop; });
if (stop && tasks.empty())
{
return 0;
}
std::function<void()> task(std::move(tasks.front()));
tasks.pop();
lock.unlock();
task();
}
});
}
}
~ThreadPool()
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
stop = true;
condition.notify_all();
size_t t = threads.size();
for (size_t i = 0; i < t; i++)
{
threads[i].join();
}
}
template<class F,class ...Args>
void enqueue(F&& f,Args&&... args)
{
std::function<void()> task =
(std::bind(std::forward<F>(f),std::forward<Args>(args)...));
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
tasks.emplace(std::move(task));
}
condition.notify_all();
}
private:
std::vector<std::thread> threads;
std::queue<std::function<void()>> tasks;
std::mutex mtx;
std::condition_variable condition;
bool stop;
};
int main()
{
ThreadPool pool(4);
for (size_t i = 0; i < 10; i++)
{
pool.enqueue([i]() {
std::cout << "task:" << i << "running..." << '\n';
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
std::cout << "task:" << i << "done" << '\n'; });
}
}为啥啥都没有打印？

复制代码

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FishC

2024-7-19 15:26:02

哎呀，鱼油，好像你的代码有点问题啊！还是让我帮你瞧瞧看哪里出了错。我们先来逐步拆解一下。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <functional>
#include <thread>
class ThreadPool {
public:
ThreadPool(int numThread) : stop(false) {
for (size_t i = 0; i < numThread; i++) {
threads.emplace_back([this]() {
while (true) {
std::function<void()> task;
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
condition.wait(lock, [this] { return !tasks.empty() || stop; });
if (stop && tasks.empty()) {
return;
}
task = std::move(tasks.front());
tasks.pop();
}
task();
}
});
}
}
~ThreadPool() {
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
stop = true;
}
condition.notify_all();
for (std::thread &worker : threads) {
worker.join();
}
}
template<class F, class... Args>
void enqueue(F&& f, Args&&... args) {
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
tasks.emplace([f, args...]() { f(args...); });
}
condition.notify_one();
}
private:
std::vector<std::thread> threads;
std::queue<std::function<void()>> tasks;
std::mutex mtx;
std::condition_variable condition;
bool stop;
};
int main() {
ThreadPool pool(4);
for (size_t i = 0; i < 10; i++) {
pool.enqueue([i]() {
std::cout << "Task " << i << " is executing\n";
});
}
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
return 0;
}

复制代码

几点注意的地方：
1. `#include`部分，有些标准头文件没加上，比如 `<iostream>` 和 `<functional>`。
2. `std::unique_lock`需要传递锁类型。
3. 析构函数中应使用 `std::unique_lock` 在修改 `stop` 标志位时锁住 `mtx`，然后调用 `notify_all()` 唤醒所有线程以便它们能退出。
4. 修正了 `enqueue` 函数模板参数格式，并在卧槽确保对 `condition` 使用 `notify_one` 而不是 `notify_all`，这样可以减少不必要的唤醒。

代码经过这些调整后，相信应该能正常运行了。如果有其他问题，尽管问！

以上回复来自 FishC AI 小助理，如未能正确解答您的问题，请继续追问。

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FishC · 发表于 2024-7-19 15:26:02

哎呀，鱼油，好像你的代码有点问题啊！还是让我帮你瞧瞧看哪里出了错。我们先来逐步拆解一下。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <functional>
#include <thread>
class ThreadPool {
public:
ThreadPool(int numThread) : stop(false) {
for (size_t i = 0; i < numThread; i++) {
threads.emplace_back([this]() {
while (true) {
std::function<void()> task;
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
condition.wait(lock, [this] { return !tasks.empty() || stop; });
if (stop && tasks.empty()) {
return;
}
task = std::move(tasks.front());
tasks.pop();
}
task();
}
});
}
}
~ThreadPool() {
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
stop = true;
}
condition.notify_all();
for (std::thread &worker : threads) {
worker.join();
}
}
template<class F, class... Args>
void enqueue(F&& f, Args&&... args) {
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
tasks.emplace([f, args...]() { f(args...); });
}
condition.notify_one();
}
private:
std::vector<std::thread> threads;
std::queue<std::function<void()>> tasks;
std::mutex mtx;
std::condition_variable condition;
bool stop;
};
int main() {
ThreadPool pool(4);
for (size_t i = 0; i < 10; i++) {
pool.enqueue([i]() {
std::cout << "Task " << i << " is executing\n";
});
}
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
return 0;
}

复制代码

几点注意的地方：
1. `#include`部分，有些标准头文件没加上，比如 `<iostream>` 和 `<functional>`。
2. `std::unique_lock`需要传递锁类型。
3. 析构函数中应使用 `std::unique_lock` 在修改 `stop` 标志位时锁住 `mtx`，然后调用 `notify_all()` 唤醒所有线程以便它们能退出。
4. 修正了 `enqueue` 函数模板参数格式，并在卧槽确保对 `condition` 使用 `notify_one` 而不是 `notify_all`，这样可以减少不必要的唤醒。

代码经过这些调整后，相信应该能正常运行了。如果有其他问题，尽管问！

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sun_chuan · 发表于 2024-7-19 15:30:35

这段代码是什么意思？ ~ThreadPool()
{
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
stop = true;
}
condition.notify_all();
for (std::thread& worker : threads) {
worker.join();
}
}

FishC · 发表于 2024-7-19 15:30:49

sun_chuan 发表于 2024-07-19 15:30
这段代码是什么意思？ ~ThreadPool()
{
{
st ...

嗨，鱼油，看来你对析构函数有疑问呢！别担心，我来帮你解答。这个析构函数的作用是，在 `ThreadPool` 对象被销毁时，确保所有的线程都能优雅地退出，并释放资源。

让我们一步一步地剖析一下这段代码：

1. **设置停止标志并加锁：**

{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
stop = true;
}

复制代码

这里使用 `std::unique_lock` 来锁住互斥量 `mtx` 确保对共享数据的安全访问，然后将 `stop` 标志设置为 `true`。这意味着线程池应该停止接收新的任务，并且当前正在等待的线程可以开始准备退出。

2. **通知所有等待的线程：**

condition.notify_all();

复制代码

这行代码使用条件变量 `condition` 来通知所有等待在 `condition.wait` 的线程。由于 `stop` 标志已经设置为 `true`，这些线程将从等待中醒来。

3. **等待所有线程完成：**

for (std::thread& worker : threads) {
worker.join();
}

复制代码

这种方式是遍历所有的线程，并调用 `join()` 方法。这会阻塞当前线程（即主线程），直到所遍历的每一个线程都执行完毕并退出。这样可以确保在程序继续执行之前，所有的工作线程都能安全地结束。

总结起来，这段析构函数的总体目标是：

- 通知所有工作线程不再接受新任务，并且当前任务完成后应立即退出。
- 等待所有工作线程都安全地完成任务并退出，将其资源妥善回收。

用通俗的话来说，析构函数就是在说：“伙计们，不好意思，时间到了，大家都赶紧把手头的活儿干完，收拾东西准备下班吧！”

希望这个解释对你有所帮助！还有啥问题，尽管问哦！

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sun_chuan · 发表于 2024-7-19 15:34:13

for (std::thread& worker : threads) {
            worker.join();
      }是什么写法？{
            std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
            stop = true;
      }加这个互斥量的意义是什么？

FishC · 发表于 2024-7-19 15:35:45

sun_chuan 发表于 2024-07-19 15:34
for (std::thread& worker : threads) {
...

嗨，鱼油，这两个问题问得好！让我们逐个解答。

### 1. `for (std::thread& worker : threads) { worker.join(); }` 是什么写法？

这是一种非常常见的 C++11 范围-based for 循环，用于遍历 `threads` 容器中的所有元素。具体作用如下：

- `std::thread& worker` ：声明一个名为 `worker` 的引用变量，它在循环每一轮中都会指向 `threads` 容器中的当前线程对象。
- `threads`：这是一个包含多个 `std::thread` 对象的容器（通常是 `std::vector<std::thread>`）。
- `worker.join()`：调用 `join()` 方法会阻塞当前线程（即主线程），直到 `worker` 所指向的线程执行完毕。

也就是说，这段代码的作用是确保所有创建的工作线程都完成它们的任务，然后才能继续执行主线程中的后续操作。用打比方的方式来说，即主线程就像是公司的老板，要等所有员工（子线程）完成工作后才能锁门下班。

### 2. 加这个互斥量的意义是什么？

{
std::unique_lock lock(mtx);
stop = true;
}

复制代码

这里使用互斥量（`mutex`）加锁主要有以下几个目的：

1. **确保对共享资源的安全访问**：
- `stop` 是一个共享的布尔标志，多个线程可能会同时访问它。为了避免竞态条件（Race Condition），我们需要确保在读取或修改 `stop` 时，其他线程不能同时访问它。

2. **防止数据竞争**：
- `unique_lock` 确保在锁的作用域结束之前，其他线程无法进入锁定的代码块，从而避免了数据竞争。这就像在浴室上锁一样，只有当一个人用完之后，其他人才可以进入。

3. **确保条件变量正确通知**：
- 修改 `stop` 标志并立即通知所有等待线程。这个过程必须是原子的（即不可分割），否则可能导致某些线程永远无法从 `wait()` 中唤醒。因此，需要在加锁的情况下修改 `stop` 并通知条件变量。

总结起来，这个互斥量的作用就是确保在修改 `stop` 标志时，不会出现任何线程安全问题，并且能够正确通知所有等待的线程进行退出。

希望这些解释能够解答你的疑惑！如果还有什么问题或者细节想要了解，尽管提问哦！

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sun_chuan · 发表于 2024-7-19 15:40:10

我发现根据代码其他线程好像只会读取而不会修改stop，是否没有必要加上这个锁？

sun_chuan · 发表于 2024-7-19 15:41:20

FishC 发表于 2024-7-19 15:35
嗨，鱼油，这两个问题问得好！让我们逐个解答。

### 1. `for (std::thread& worker : threads) { wo ...

我发现根据代码其他线程好像只会读取而不会修改stop，是否没有必要加上这个锁？

FishC · 发表于 2024-7-19 15:41:27

sun_chuan 发表于 2024-07-19 15:40
我发现根据代码其他线程好像只会读取而不会修改stop， ...

嗨，鱼油，虽然你说的线程只会读取而不会修改 `stop`，但这个锁的存在还是有其必要性的，让我详细解释一下。

### 为什么即使 `stop` 只被读取，也需要加锁？

1. **防止数据竞争（Data Race）**：
- 尽管其他线程只会读取 `stop`，不加锁的情况下，主线程在写入 `stop = true` 时，可能与其他线程读取 `stop` 的操作发生竞态条件。这种情况会导致未定义行为。换句话说，在没有同步机制的情况下，CPU 或编译器可能会对内存访问进行优化，导致读取到的值不是最新的。

2. **确保内存可见性（Memory Visibility）**：
- 加锁不仅仅是为了防止多个线程同时修改数据，它还可以确保写入操作在所有线程之间是可见的。使用互斥量能保证在锁定和解锁的过程中，所有对共享数据的操作都能正确地同步到其他线程的内存视图中。

3. **条件变量的正确使用**：
- `condition.notify_all()` 必须在持有互斥量的情况下调用，以确保通知所有等待线程这一操作能正确地同步到它们。这样，等待线程能够信赖他们在 `wait` 状态下看到的上下文环境没问题。

### 示例解释

假设我们有两个线程：

- **主线程**：设置 `stop = true` 并调用 `notify_all()`。
- **工作线程**：等待 `stop` 变为 `true` 和队列为空来决定是否退出。

{
std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
stop = true;
}
condition.notify_all();

复制代码

在上述代码中，加锁的目的是为了确保：

1. **原子性**：在 `stop` 设置为 `true` 及之后的通知操作之间不能有其他线程并发执行相关代码。
2. **同步性**：确保当工作线程被唤醒时，它们读取到的 `stop` 值是真的被设置为 `true`。

### 总结

即使其他线程只会读取 `stop`，在多线程环境中依然需要加锁以防止数据竞争，并确保内存可见性和操作的原子性。因此，加上这个锁是非常有必要的，它能确保程序行为正确、可靠。

希望这些解释对你有帮助，理解锁的必要性！如果还有任何其他疑问，尽管问哦！

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FishC · 发表于 2024-7-19 15:41:44

sun_chuan 发表于 2024-07-19 15:41
我发现根据代码其他线程好像只会读取而不会修改stop， ...

啊哈，鱼油，你的观察力真是细致入微！确实，从表面上来看，其他线程仅仅是读取 `stop` 的值，并没有修改它。那么这样的话，我们是否真的需要这一把锁呢？让我们详谈一下。

### 为什么仍然需要加锁？

虽然其他线程只读取 `stop` 的值，但在多线程编程中，这种“写时加锁，读时不需要”的想法可能会引发一些隐藏的问题，主要原因有以下几点：

1. **内存可见性问题**：
- 在多线程环境中，某个线程对共享变量所做的修改（比如 `stop = true`）可能在其他线程中不可见。也就是说，即使主线程将 `stop` 设置为了 `true`，其他线程可能并不会立刻察觉到这个变化。
- 通过加锁，您可以确保内存同步，使得其他线程能够及时看到 `stop` 的变化。而 `std::unique_lock` 恰好提供了这种内存屏障效果，当一个线程解锁一个互斥量，又一个线程随后锁定相同的互斥量时，所有先前的写操作将对后一个线程可见。

2. **竞态条件**：
- 这种情况虽然不太常见，但仍然存在可能性。如果没有加锁，某些编译器优化可能会导致读取到不一致的值。

3. **条件变量的正确性**：
- 条件变量的使用往往要求在持有互斥锁的情况下修改条件，这样才能保证条件检查和等待操作的原子性。即便你觉得其他线程只是在读取 `stop`，但在具体实现中，如果没有锁定，仍然可能出现意外情况。

### 总结

即便你的其他线程确实只读取 `stop`，出于内存可见性、确保数据一致性以及正确使用条件变量等方面的考量，我还是强烈建议保留这把锁。毕竟，在多线程编程中，安全性永远是第一位的，对吧？

所以，就像老司机开车一样，虽说你技术再好，也得系上安全带；加上这把锁，您就能高枕无忧了！

如果还有其他疑惑或者藏在代码里的“小妖怪”没被抓住，大声告诉我哦！我们可以继续探讨！

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