静态内存中的STL结构“丢失”跨线程数据

Question

我正在使用 pthread 编写一个多线程演示程序，其中一个线程将数据加载到 STL 队列中，另一个线程从中读取数据。听起来很微不足道，对吧？不幸的是，推入队列的数据正在消失。我对多线程并不陌生，也不熟悉内存结构 - 然而，这让我感到困惑。

这些是我对队列本身和保护它的互斥体的声明，它们位于客户端代码包含的标头中：

static std::queue<int32_t> messageQueue;
static pthread_mutex_t messageQueueLock; 

当程序启动时，它使用进程共享属性初始化互斥体：

pthread_mutexattr_t sharedAttr;
pthread_mutexattr_init(&sharedAttr);
pthread_mutexattr_setpshared(&sharedAttr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);
pthread_mutex_init(&messageQueueLock, &sharedAttr);

然后启动“生产者”线程和“消费者”线程，并让它们做自己的事情。生产者线程将新项目推送到队列中，然后进入睡眠状态。以下是它向队列添加内容的行：

pthread_mutex_lock(&messageQueueLock);
messageQueue.push(message);
pthread_mutex_unlock(&messageQueueLock);

然后它会休眠并让消费者线程接管。然而，当消费者线程检查队列中的项目时，队列神奇地是空的。

我已经使用 gdb 逐步完成了该程序。下面是我运行的输出。您可以看到生产者在队列中添加了一些内容，我打印了队列的大小以确保它在那里，有一个到消费者线程的上下文切换，我再次打印了队列的大小，它是空的。检查一下：

(gdb) b main_ex.cpp:70
Breakpoint 1 at 0x100006a24: file main_ex.cpp, line 70.
(gdb) run
Starting program: a.out 
Reading symbols for shared libraries ++. done
Creating the mutex.
Producer thread starting up. 
PRODUCER: Creating a message to send.
PRODUCER: Adding the message to the queue.
[Switching to process 7432]

Breakpoint 1, yourProcess () at main_ex.cpp:70
70      pthread_mutex_lock(&messageQueueLock);
(gdb) n
71      messageQueue.push(message);
(gdb) p messageQueue.size()
$1 = 0
(gdb) n
72      pthread_mutex_unlock(&messageQueueLock);
(gdb) p messageQueue.size()
$2 = 1
(gdb) b consumer.cpp:81
Breakpoint 2 at 0x1000043f7: file consumer.cpp, line 81.
(gdb) c
Continuing.
PRODUCER: Sleep time!
[Switching to process 7432]

Breakpoint 2, Producer::processMessageQueue (this=0x1001000c0) at producer.cpp:81
81      pthread_mutex_lock(&messageQueueLock);
(gdb) n
83      if(messageQueue.empty()) {
(gdb) p messageQueue.size()
$3 = 0
(gdb) quit

所以，我真的不确定发生了什么。队列仅在关键部分（读/写）中被访问，队列是静态的，并且标头是 if-def'd 的，不会被多重包含。

我很感激任何人可以提供的帮助！

Answer 1

标头防护可防止每个翻译单元出现多次包含。然而，不同的翻译单位会重新包含它们。

就您而言，似乎他们每个人都拥有自己的静态队列和互斥体。另外，即使您是正确的，也要考虑一下：如果不重新包含标头，翻译单元将不知道队列和互斥体是什么！您会尝试使用一些未声明的标识符。

您需要 extern，这实际上与 static 相反：

extern std::queue<int32_t> messageQueue;
extern pthread_mutex_t messageQueueLock;

然后在一个单元中实际定义它们：

std::queue<int32_t> messageQueue;
pthread_mutex_t messageQueueLock;

Answer 2

您应该验证两个线程是否实际上正在访问同一队列，如果不是，请尝试避免静态队列并在主函数或方便的地方创建它。