C++ pthread阻塞队列死锁（我认为）

Question

我遇到了 pthreads 问题，我认为我遇到了死锁。我创建了一个阻塞队列，我认为它正在工作，但是在做了更多测试之后，我发现如果我尝试取消阻塞在阻塞队列上的多个线程，我似乎会遇到死锁。

阻塞队列非常简单，如下所示：

template <class T> class Blocking_Queue
{
public:
    Blocking_Queue()
    {
        pthread_mutex_init(&_lock, NULL);
        pthread_cond_init(&_cond, NULL);
    }

    ~Blocking_Queue()
    {
        pthread_mutex_destroy(&_lock);
        pthread_cond_destroy(&_cond);
    }

    void put(T t)
    {
        pthread_mutex_lock(&_lock);
        _queue.push(t);
        pthread_cond_signal(&_cond);
        pthread_mutex_unlock(&_lock);
    }

     T pull()
     {
        pthread_mutex_lock(&_lock);
        while(_queue.empty())
        {
            pthread_cond_wait(&_cond, &_lock);
        }

        T t = _queue.front();
        _queue.pop();

        pthread_mutex_unlock(&_lock);

        return t;
     }

priavte:
    std::queue<T> _queue;
    pthread_cond_t _cond;
    pthread_mutex_t _lock;
}

为了测试，我创建了 4 个线程来拉动该阻塞队列。我向阻塞队列添加了一些打印语句，每个线程都进入 pthread_cond_wait() 方法。但是，当我尝试在每个线程上调用 pthread_cancel() 和 pthread_join() 时，程序就会挂起。

我还只用一个线程对此进行了测试，它工作得很好。

根据文档，pthread_cond_wait() 是一个取消点，因此在这些线程上调用 cancel 应该会导致它们停止执行（这仅适用于 1 个线程）。然而 pthread_mutex_lock 不是取消点。调用 pthread_cancel() 时是否会发生某些情况，被取消的线程在终止之前获取互斥锁并且不解锁它，然后当下一个线程被取消时它无法获取互斥锁并出现死锁？或者我还做错了什么。

任何建议都会很可爱。谢谢 ：）

Answer 1

最好避免使用pthread_cancel()。

您可以通过从 Blocking_Queue::pull() 抛出异常来解除阻塞在 Blocking_Queue::pull() 上的所有线程。

队列中的一个弱点是 T t = _queue.front(); 调用 T 的复制构造函数，该构造函数可能会引发异常，从而使队列互斥体永远锁定。最好使用 C++ 作用域锁。

以下是线程正常终止的示例：

$ cat test.cc
#include <boost/thread/mutex.hpp>
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/condition_variable.hpp>
#include <exception>
#include <list>
#include <stdio.h>

struct BlockingQueueTerminate
    : std::exception
{};

template<class T>
class BlockingQueue
{
private:
    boost::mutex mtx_;
    boost::condition_variable cnd_;
    std::list<T> q_;
    unsigned blocked_;
    bool stop_;

public:
    BlockingQueue()
        : blocked_()
        , stop_()
    {}

    ~BlockingQueue()
    {
        this->stop(true);
    }

    void stop(bool wait)
    {
        // tell threads blocked on BlockingQueue::pull() to leave
        boost::mutex::scoped_lock lock(mtx_);
        stop_ = true;
        cnd_.notify_all();

        if(wait) // wait till all threads blocked on the queue leave BlockingQueue::pull()
            while(blocked_)
                cnd_.wait(lock);
    }

    void put(T t)
    {
        boost::mutex::scoped_lock lock(mtx_);
        q_.push_back(t);
        cnd_.notify_one();
    }

    T pull()
    {
        boost::mutex::scoped_lock lock(mtx_);

        ++blocked_;
        while(!stop_ && q_.empty())
            cnd_.wait(lock);
        --blocked_;

        if(stop_) {
            cnd_.notify_all(); // tell stop() this thread has left
            throw BlockingQueueTerminate();
        }

        T front = q_.front();
        q_.pop_front();
        return front;
    }
};

void sleep_ms(unsigned ms)
{
    // i am using old boost
    boost::thread::sleep(boost::get_system_time() + boost::posix_time::milliseconds(ms));
    // with latest one you can do this
    //boost::thread::sleep(boost::posix_time::milliseconds(10));
}

void thread(int n, BlockingQueue<int>* q)
try
{
    for(;;) {
        int m = q->pull();
        printf("thread %u: pulled %d\n", n, m);
        sleep_ms(10);
    }
}
catch(BlockingQueueTerminate&)
{
    printf("thread %u: finished\n", n);
}

int main()
{
    BlockingQueue<int> q;

    // create two threads
    boost::thread_group tg;
    tg.create_thread(boost::bind(thread, 1, &q));
    tg.create_thread(boost::bind(thread, 2, &q));
    for(int i = 1; i < 10; ++i)
        q.put(i);
    sleep_ms(100); // let the threads do something
    q.stop(false); // tell the threads to stop
    tg.join_all(); // wait till they stop
}

$ g++ -pthread -Wall -Wextra -o test -lboost_thread-mt test.cc

$ ./test
thread 2: pulled 1
thread 1: pulled 2
thread 1: pulled 3
thread 2: pulled 4
thread 1: pulled 5
thread 2: pulled 6
thread 1: pulled 7
thread 2: pulled 8
thread 1: pulled 9
thread 2: finished
thread 1: finished

Answer 2

我不太熟悉 pthread_cancel() - 我更喜欢合作终止。

pthread_cancel() 不会让互斥锁保持锁定状态吗？我想您需要使用取消处理程序进行清理。

Answer 3

我对 pthread_cond_wait() / pthread_cancel() 有类似的经历。我遇到了在线程由于某种原因返回后仍然持有锁的问题，并且无法解锁它，因为您必须在锁定的同一个线程中解锁。我在执行 pthread_mutex_destroy() 时注意到这些错误，因为我有一个生产者、一个消费者的情况，所以没有发生死锁。

pthread_cond_wait() 应该在返回时锁定互斥体，这可能已经发生，但由于我们强制取消了线程，因此最终解锁并未完成。为了安全起见，我通常尝试完全避免使用 pthread_cancel()，因为某些平台甚至不支持这一点。您可以使用易失性布尔值或原子并检查线程是否应该关闭。这样，互斥锁也将被干净地处理。