公平可重入锁 C++

Question

我正在处理一个程序，在其中一个线程比另一个线程处理更多的工作时，会导致饥饿问题。关键部分由一个可重入 QMutex 保护，但这个锁不公平。

在 Java 中，你可以为锁指定一个公平参数。C++（或 boost 库）有公平的可重入锁吗？最好是 C++11 及以上版本。

之前我做过一些研究，boost 中有 shared_lock，但我不需要读写锁，只需要一个锁来保证每个线程进入关键部分的机会相等。

非常感谢。

- Veaceslav

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自 C++11 开始，有 std::mutex 和 std::lock_guard<std::mutex>，但它们不保证公平。我相信 MSVC CRT 实现使用等待队列，因此在该平台上可能是公平的。 - Cameron

是的，但我需要一个公平锁... - Veaceslav

不要使用C++中通常不可用的公平性参数，您可能会发现通过优先级排队工作分派，以便您可以调节“重型”操作以避免饥饿，从而更好地控制情况。尽管这需要编写更多的代码，但从长远来看可能会给您带来更好的结果。 - Component 10

从操作系统的角度来看，所有线程都有类似的运行机会，因此如果您没有为线程设置不同的优先级，并且某些线程出现饥饿现象，这意味着这些线程没有被操作系统线程调度器分配足够的时间，但这种情况不应该发生。这反映了您的设计可能存在问题。 - jean

Answer 1

C++线程原语实际上是基于Posix线程的，而Posix没有任何公平锁。然而，你的问题表明你的设计存在问题。这里有两个问题：

1. 可重入互斥锁是问题的标志。你需要100%控制互斥锁的所有权和生命周期。如果你需要可重入互斥锁，那么意味着你的设计很松散。
2. 你描述的线程饥饿是线程通信设计不当的结果。如果一个线程需要在工作期间持有互斥锁，那么你实际上正在设计一个单线程系统，根本不需要任何线程。

- SergeyA

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嗯，原则上是这样，但通常事情并不像那么简单;-) - Cameron

@Cameron，在现实生活中是这样的。 - SergeyA

你可能对可重入性是正确的，但你对公平性和线程饥饿是错误的。即使在简单的情况下，线程也可能会饥饿。我学过并发课程，在那里广泛讨论了这个问题，现在我在实际中遇到了这个问题。太糟糕了，C++对于开发多线程程序时真正必要的东西支持不好。 - Veaceslav

@Veaceslav，你能详细解释一下吗？我想看一个例子，其中线程饥饿不是由于糟糕的设计而产生的结果。 - SergeyA

一个线程正在轮询新项目的队列。在轮询时，它会获取锁。生产者线程想要将某些东西放入队列中，但被不断轮询并抓住锁的消费者线程所饥饿。这是我解决了公平锁的Java作业之一。此外，真实案例应用程序：我们有必须串行化的sqlite访问。该程序作为批处理过程向数据库写入大量数据。而批处理过程处于活动状态时，依赖于获取数据的界面功能会受到限制。 - Veaceslav

@Veaceslav，你的例子清楚地展示了糟糕的设计。 - SergeyA