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無法正確停止執行緒池

2022-03-23 16:07:13 軟體工程

這是我的ThreadPool實作。我已經在簡單的函式中嘗試過它main并且無法正確停止它,在執行緒啟動之前呼叫解構式并且整個程式在死鎖(on)中完成,因為在執行緒到達函式t.join()之前已經呼叫了條件變數。wait

任何想法如何解決它?還是有更好的方法來實作它?

ThreadPool.cpp

#include <condition_variable>
#include <future>
#include <iostream>
#include <mutex>
#include <thread>
#include <vector>


namespace Concurrency {
template <typename RetType>
class StandardThreadPool : public ThreadPool<RetType> {
private:
  typedef std::function<RetType()> taskType;
  ThreadSafeQueue<std::packaged_task<RetType()>> queue;

  std::mutex queueMutex;
  std::condition_variable queueCondition;

  std::vector<std::thread> poolThreads;
  std::atomic<bool> stopThreadsFlag{false};

  void threadWork() {
    std::cout << "thread:" << std::this_thread::get_id() << " started\n";
    std::unique_lock<std::mutex> lock(queueMutex);
    while (true) {
      queueCondition.wait(lock);

      if (stopThreadsFlag.load())
        break;

      auto task = queue.Pop();

      if (task)
        (*task)();
    }
    std::cout << "thread:" << std::this_thread::get_id() << " finished\n";
  }

  void initThreadPool() {
    poolThreads.resize(StandardThreadPool<RetType>::maxThreads);
  }

  void startThreads() {
    for (int i = 0; i < StandardThreadPool<RetType>::maxThreads; i  ) {
      poolThreads[i] =
          std::thread(&StandardThreadPool<RetType>::threadWork, this);
    }
  }

  void terminateThreads() {
    stopThreadsFlag.store(true);
    queueCondition.notify_all();

    for (auto &t : poolThreads) {
      t.join();
    }
  }

public:
  StandardThreadPool(int maxThreads) : ThreadPool<RetType>(maxThreads) {
    initThreadPool();
    startThreads();
  }

  std::future<RetType> virtual Push(taskType &&task) override {
    std::packaged_task<RetType()> pt = std::packaged_task<RetType()>(task);
    auto future = pt.get_future();
    queue.Push(std::move(pt));

    queueCondition.notify_one();
    return future;
  }

  ~StandardThreadPool<RetType>() {
    std::cout << "destructor called\n";
    terminateThreads(); }
};

} // namespace Concurrency


namespace Concurrency {
template <typename T> class ThreadSafeQueue {
private:
  struct node {
    std::shared_ptr<T> data;
    std::unique_ptr<node> next;
  };

  std::mutex headMutex;
  std::mutex tailMutex;

  std::unique_ptr<node> head;
  node *tail;

  node *getTail() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(tailMutex);
    return tail;
  }

  std::unique_ptr<node> popHead() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(headMutex);

    if (head.get() == getTail())
      return nullptr;

    std::unique_ptr<node> oldHead(std::move(head));
    head = std::move(oldHead->next);

    return oldHead;
  }

public:
  ThreadSafeQueue() : head(new node), tail(head.get()) {}

  std::shared_ptr<T> Pop() {
    auto oldHead = popHead();

    return oldHead ? oldHead->data : nullptr;
  }

  void Push(T &newValue) {
    auto newData = std::make_shared<T>(std::forward<T>(newValue));
    std::unique_ptr<node> pNew(new node);

    auto newTail = pNew.get();

    std::lock_guard<std::mutex> lock(tailMutex);
    tail->data = newData;
    tail->next = std::move(pNew);

    tail = newTail;
  }

  void Push(T &&newValue) {
    auto newData = std::make_shared<T>(std::move(newValue));
    std::unique_ptr<node> pNew(new node);

    auto newTail = pNew.get();

    std::lock_guard<std::mutex> lock(tailMutex);
    tail->data = newData;
    tail->next = std::move(pNew);

    tail = newTail;
  }

  ThreadSafeQueue(const ThreadSafeQueue &) = delete;
  ThreadSafeQueue &operator=(const ThreadSafeQueue &) = delete;
};
} // namespace Concurrency
#include <functional>
#include <future>

namespace Concurrency {

template <typename RetType> class ThreadPool {
public:
  int maxThreads;

public:
  typedef std::function<RetType()> taskType;
  ThreadPool(int maxThreads):maxThreads(maxThreads){}

  virtual std::future<RetType> Push(taskType &&newTask) = 0;

  ThreadPool(const ThreadPool &) = delete;
  ThreadPool(const ThreadPool &&) = delete;
};
} // namespace Concurrency

main.cpp

int main() {
  Concurrency::StandardThreadPool<int> th(1);
  auto fun = []() {
    std::cout << "function running\n";
    return 2;
  };

  th.Push(fun);

  return EXIT_SUCCESS;
}

uj5u.com熱心網友回復:

首先,一個正確的執行緒安全佇列。

template<class T>
struct threadsafe_queue {
  [[nodiscard]] std::optional<T> pop() {
    auto l = lock();
    cv.wait(l, [&]{ return is_aborted() || !data.empty(); });
    if (is_aborted())
      return {};
    auto r = std::move(data.front());
    data.pop_front();
    cv.notify_all(); // for wait_until_empty
    return r; // might need std::move here, depending on compiler version
  }
  bool push(T t) {
    auto l = lock();
    if (is_aborted()) return false;
    data.push_back(std::move(t));
    cv.notify_one();
    return true;
  }
  void set_abort_flag() {
    auto l = lock(); // still need this
    aborted = true;
    data.clear();
    cv.notify_all();
  }
  [[nodiscard]] bool is_aborted() const { return aborted; }
  void wait_until_empty() {
    auto l = lock();
    cv.wait(l, [&]{ return data.empty(); });
  }
private:
  std::unique_lock<std::mutex> lock() {
    return std::unique_lock<std::mutex>(m);
  }
  std::condition_variable cv;
  std::mutex m;
  std::atomic<bool> aborted{false};
  std::deque<T> data;
};

這在內部處理中止等。

我們的執行緒池就變成了:

struct threadpool {
  explicit threadpool(std::size_t count)
  {
    for (std::size_t i = 0; i < count;   i) {
      threads.emplace_back([&]{
        // abort handled by empty pop:
        while( auto f = queue.pop() ) {
          (*f)();
        }
      });
    }
  }
  void set_abort_flag() {
    queue.set_abort_flag();
  }
  [[nodiscard]] bool is_aborted() const {
    return queue.is_aborted();
  }
  ~threadpool() {
    queue.wait_until_empty();
    queue.set_abort_flag(); // get threads to leave the queue
    for (std::thread& t:threads)
      t.join();
  }
  template<class F,
    class R=typename std::result_of<F()>::type
  >
  std::future<R> push_task( F f ) {
    std::packaged_task<R()> task( std::move(f) );
    auto ret = task.get_future();
    if (queue.push( std::packaged_task<void()>(std::move(task)) )) // wait, this works?  Yes it does.
      return ret;
    else
      return {}; // cannot push, already aborted
  }
private:
  // yes, void.  This is evil but it works
  threadsafe_queue<std::packaged_task<void()>> queue;
  std::vector<std::thread> threads;
};

c 11你可以交換std::optionalfor std::unique_ptr更多的運行時開銷。

這里的訣竅是 astd::packaged_task<void()>可以存盤 a std::packaged_task<R()>而且我們不需要佇列中的回傳值。因此,一個執行緒池可以處理任務中任意數量的不同回傳值——它不在乎。

我只加入thread_pool銷毀執行緒。我也可以在中止后這樣做。

銷毀 athread_pool等待所有任務完成。請注意,中止 thread_pool 可能不會中止正在進行的任務。您可能想要添加的一件事是將中止 API/標志傳遞給任務的選項,因此如果被詢問,它們可以提前中止。

獲得這種工業規模很難,因為理想情況下,任務中的所有阻塞也會關注中止的可能性。

Live example.

You could add a 2nd cv to notify after pops, which only wait_until_empty waits on. That might safe you some spurious wakeups.

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/gongcheng/447419.html

標籤:C 多线程 c 11

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