互斥锁的顺序问题

Question

线程锁是否按照被调用的顺序给予线程？例如，我们有三个线程A、B和C，以及一个互斥锁mtx。如果首先是A调用了mtx.lock()，然后是B和C，那么这是否意味着A将首先获取锁，接着是B和C？如果不是，那么我该怎样保证它？

- Rishi

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这是一个真正的问题。[mcve]将使它成为一个_好_问题。（注意：我认为OP知道线程A确实会首先获得锁，他们问题的核心是线程B和C的锁定顺序。） - YSC

"A" 将首先获得锁，但无法保证 "B" 和 "C" 的顺序。 - AhmadWabbi

有没有一种方法可以强制执行 B 然后是 C 的顺序？ - Rishi

@Rishi 线程可以按照先进先出的顺序注册它们的到达顺序。当一个线程醒来（例如 "C"），它会检查是否轮到它了。如果不是，它会唤醒 FIFO 队列头部的线程并再次睡眠。 - AhmadWabbi

重新设计系统以消除这种时间耦合，我想。 - K. Kirsz

@AhmadWabbi 我可以使用什么样的结构或类来实现这个？ - Rishi

Answer 1

如果有多个线程等待互斥锁，则会选择一个等待线程。不要假设先进先出（FIFO）的顺序。外部事件，例如内核模式APC可以更改等待顺序。-来自MSDN关于Mutex对象的页面。

请参阅链接： Mutex Objects

- Gor Asatryan

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在这种情况下，我可以使用什么来保证顺序？ - Rishi

那个链接似乎是关于某些特定平台的互斥锁 API。但没有迹象表明提问者使用除标准 C++（即 std::mutex）之外的任何内容。 - Toby Speight

当当前所有者解锁互斥量（我指的是std::mutex）时，未指定哪个线程将获得互斥量的所有权。 - Gor Asatryan

Answer 2

我有一个简单的例子来演示这个问题，我创建了3个任务，它们获取锁、打印一些内容，然后等待被加入。你可以尝试一下，将屏障设置为(2)，让task_a直接运行，让另外两个任务争夺锁。

我使用boost::barrier确保它们在创建后不会立即开始执行。结果是无法确定的顺序，而不是FIFO。不同的平台会给出不同的结果。点击此处查看演示

std::mutex foo;
boost::barrier bar(3);

void task_a () {
  bar.wait();
  foo.lock();
  std::cout << "task a\n";
  foo.unlock();
}

void task_b () {
  bar.wait();
  foo.lock();
  std::cout << "task b\n";
  foo.unlock();
}

void task_c () {
  bar.wait();
  foo.lock();
  std::cout << "task c\n";
  foo.unlock();
}

int main ()
{
  std::thread th1 (task_a);
  std::thread th2 (task_b);
  std::thread th3 (task_c);
  th1.join();
  th2.join();
  th3.join();

  return 0;
}

- Samer Tufail

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谢谢。在上面的代码中，你如何保证FIFO顺序？ - Rishi

你可以使用条件变量，在一个线程完成后，发出信号让另一个线程继续执行，以此类推到第三个线程。 - Samer Tufail

我认为条件变量也不能保证顺序，是吗？还是说我必须以某种方式实现我的代码？比如说线程th2和th3都在使用条件变量等待th1，那么th2是否保证是下一个被执行的？ - Rishi

他们不会，这是方法的后半部分，你等待th1，以便执行th2。您还可以使用原子操作，在其中每个线程设置一个计数，并在设置特定计数时执行。 - Samer Tufail

还需要另一个条件变量来等待th2吗？ - Rishi

好的，试一下吧。 - Samer Tufail