强制线程在销毁前离开对象

Question

强制线程在销毁前离开对象

c++multithreadingc++11destructorblocking

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在使用多线程时，我经常遇到以下问题：

我有一个对象，比如一个网络接收器（但也可能是其他任何东西），还有一个获取数据的函数。现在有时候没有数据可用，你希望让线程等待获取它的数据。这是一个阻塞调用，非常类似于伯克利套接字及其衍生实现所使用的方式。

原理很简单：

Forgive my mediocre illustrational skills. I'm a programmer after all:)

当然，还有其他实现方式。但我的通常实现方式是使用C++11，具体如下：

Object A 在一个专门负责此任务的单独线程中调用Object B中的函数。
Object B 使用std::condition_variable构造来阻塞线程，直到实际获取数据。
Object A 将数据放入队列中，由主线程读取。

现在，如果必须在object A之前销毁object B（在阻塞调用上返回nullptr或类似内容），那么我实际上遇到的问题就出现了。我真的不知道如何有效地包装object B。

主要问题是object B不知道线程的存在，而线程只能有一个句柄，这个句柄在object A中。

示例：

下面是一些代码来说明我的问题。

假设我在Object B中有以下函数：

data* getData
{
    std::unique_lock<std::mutex>l_newDataWaiterLock(m_newDataWaiterMutex);
    m_newDataWaiter.wait(l_newDataMutex);
    if(!running)
       return nullptr
    else 
       return data;
}

还有这个析构函数：

~ObjectB()
{
    m_running = false;
    m_newDataWaiter.notifyAll();
    //Point X
}

有以下这些成员变量：

std::condition_variable m_newDataWaiter;
std::atomic<bool> m_running;

我们仍然存在一个问题，即析构函数将不得不在指定的"X点"等待，直到所有其他线程收到通知并返回空值。

现在，我可以使用原子计数器、更多的std::condition_variable和互斥锁来解决这个问题。但是，我有一种感觉，必须有一种更优雅和可靠的解决方案 : )。由于这个解决方案需要在整个B对象的生命周期中的每个getData调用中发出通知。

注意：我正在使用C++11，所以我已经用它来说明一切。我希望使用它来解决这个问题。虽然这当然是一个更普遍的并发问题。

- laurisvr

2个回答

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如果必须在对象A之前销毁对象B，则我的实际问题就会出现。

在这里，我描述了另一种处理可能在其中运行线程的对象实例删除的方法。嵌入式系统的行为可能与您的设计有很大不同...但也许它可以激发您以新的方式看待挑战。

摘要：使用废纸篓和清洁工。

当需要“移除”一个可能有其他线程在其中工作的对象时

 1) copy pointer-to-object   to the 'waste-basket' fifo
    A* a;   waste_basket.push_back(a);  

 2) copy pointer-to-replacement-object to replace pointer-to-object
    A* t = new(replacementObject);
    a = t;  

 Use low priority janitor thread to inspect waste-basket periodically
 and delete any resident older than max duration. Max duratin ensures 
 any other thread activity has completed.

在垃圾桶中的n秒，防止对象在线程仍在使用时被删除。（您的持续时间可能有所不同。）

在我所工作的嵌入式系统中，有28个被动（没有内部线程）对象实例在多态表格（货架上的卡片）中，并且大约有10多个线程可能随时通过这些卡片实例之一与硬件进行交互。即使操作员（在UI线程上）命令删除第j个实例（货架上的第j张卡片），该对象也无法被删除，直到所有当前执行其中的线程完成其当前活动为止。由于每个方法的短暂性质（<25ms），我们没有使用计数或信号量来确定实例的未访问状态。相反，我们将删除转换分为两个步骤，并推迟了卡片的实际删除。第1步：将表格条目shelf[j]复制到“废纸篓”FIFO列表中；第2步：将表格条目shelf[j]替换为“空槽”实例指针，所有使用货架的线程都知道如何对其进行多态使用（就像它只是另一张卡片）。这两个步骤使逻辑上的删除对用户和线程来说似乎是瞬间的。但是，实际删除会在什么时候发生？

当现有的线程完成其活动时，它们必须离开实例。但这需要多长时间呢？

我们得出的要求是，在对象实例中“工作”的任何线程应在小于25毫秒的时间内完成该活动（基于设计的其他方面）。从实际角度来看，大多数线程完成得更快，没有线程超过这个时间。

因此，为了方便嵌入式系统的使用，团队决定废纸篓的“保持”时间应大于等于1秒。

请注意，当移除的卡片位于废纸篓中时，没有其他线程可以访问它或在该对象中启动另一个活动。当在架子上发现一个“空槽”卡片时，其他线程会被误导。如果还没有从内存中删除，则逻辑上该卡片已经消失了。

为了完成这个设计，我们添加了一个低优先级的清洁工任务来定期处理废纸篓列表。清洁工检查实例进入废纸篓的到达时间，并且直到排队时间至少为1秒后才删除任何卡片。

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可以查看英文原文，
原文链接

- Daniel Frey · Accepted Answer

如何使用 std::shared_ptr 对对象 B 进行管理，并使用 std::weak_ptr 将指针存储在 A 中呢？

这种方法略微低效，因为每次当 A 想要访问时，它需要通过 std::weak_ptr::lock() 临时获取一个 std::shared_ptr，但您可以确信不会再出现竞态条件了。