用 C 语言实现 MVar？

Question

是否有任何已知的 Haskell MVar 用 C 实现？有一个关于如何在 C++ 中实现它的示例。但是，我想用 C 实现它 - 现在我们只说 C 中的 MVar CInt 等效项。编写同步原语可能很棘手。因此，如果有人已经这样做了，我希望避免重复工作。我对上面的 C++ 示例理解不够充分，无法自信地将其翻译为 C - 它很好地隐藏了我没有 C++ 经验的头脑中的算法细节:)

我考虑用 C 编写 MVar 的原因是因为它使它变得非常容易对我来说，使用 FFI 绑定到外部 C 库来获取数据流，并使用 Haskell 线程来获取数据（从可存储向量中获取数据，以避免封送数据 - MVar CInt 这里存储了多少数据）可存储向量已被填充）。我需要确保在 Haskell 线程读取数据时，写入可存储位置的 C 线程被阻止。这就是 C 端 MVar 同步的帮助之处。从 Haskell 调用不安全甚至安全的 C 函数（在我的测试中，不安全约 15 纳秒，安全约 150 纳秒）比从 C 回调到 Haskell（约 5 秒）要快得多。如果回调速度很快，我会让 C 函数回调回 Haskell，并阻止 Haskell MVar。

更新：

伪代码算法也可以。考虑到 newEmptyMVar、takeMVar 和 putMVar 的算法，用 C 语言实现它应该很容易。

Answer 1

MVar 可以使用如下结构在 C 中实现：

typedef struct{
  pthread_cond_t put_cond;
  pthread_cond_t take_cond;
  pthread_mutex_t lock;
  void* value;
} mvar;

put_cond 由将值放入 M​​Var 的线程使用，以向其他正在等待从 MVar 获取值的线程发出信号。 take_cond 是 take 的类似对应项。至于调度，是默认调度。

value 是一个 void 指针 - 因此，上述结构可用于保护 MVar 中的任何类型的值 - 当然，C 会让您在 MVar 之外写入该指针 - 所以，它是程序的有责任确保这种情况不会发生（通过避免将 value 指针隐藏在 MVar 之外 - 始终通过 MVar 函数访问它）。

初始化 MVar：

mvar* newMVar(void* arg){
 //create new mvar struct
 mvar* var=(mvar*) malloc(sizeof(mvar));
 pthread_mutex_init(&var->lock,NULL);
 pthread_cond_init(&var->take_cond,NULL);
 pthread_cond_init(&var->put_cond,NULL);
 var->value = arg;
 return (mvar*) var;
}

空 MVar - 使用上述函数：

mvar* newEmptyMVar(){
 return newMVar(NULL);
}

putMVar：

void putMVar(mvar* var,void* value){
  pthread_mutex_lock(&var->lock);
  while(var->value != NULL)
    pthread_cond_wait(&var->put_cond,&var->lock);//if MVar is full, wait until another thread takes the value - release the mutex,  and wait on put_cond to become true
  var->value = value;//if here, we got the signal from another thread that took MVar - MVar is empty now. OK to fill
  pthread_cond_signal(&var->take_cond);//signal other threads that value is available for taking now
  pthread_mutex_unlock(&var->lock);
}

takeMVar：

void* takeMVar(mvar* var){
  void* value;
  pthread_mutex_lock(&var->lock);
  while(var->value == NULL)
    pthread_cond_wait(&var->take_cond,&var->lock);//if MVar is empty, wait until another thread fills it - release the mutex, and   wait on take_cond to become true
  //take the value
  value = var->value;
  var->value = NULL; //push NULL value to indicate MVar is empty now
  pthread_cond_signal(&var->put_cond);//signal other threads that value is available for filling now
  pthread_mutex_unlock(&var->lock);
  return value; //return the value that was taken from MVar
}

完整代码位于 github，带有 示例展示了如何使用 MVar。

如果只有一个线程访问它（并且争用很严重），MVar 会相当快。但是，在激烈的争用和多个线程（甚至两个）的情况下，它的扩展性非常差。鉴于 pthread 的工作方式，这并不奇怪。我发现 Haskell 中的 MVar 对于多线程非常有用。考虑到 GHC 中轻量级线程和并发原语的实现有多好，这并不奇怪。

Answer 2

示例中的代码不太特定于 C++。基本位正是 pthread 片段。