一个被两个线程访问的共享队列的关键代码部分是什么？

Question

一个被两个线程访问的共享队列的关键代码部分是什么？

c++multithreadingcritical-section

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假设我们有一个共享队列（使用数组实现），其中两个线程可以访问，一个用于从中读取数据，另一个用于向其中写入数据。现在，我有一个同步问题。我正在使用 Win32 API（EnterCriticalSection 等）来实现这个问题。

但是我的好奇心是，在队列的入队和出队操作中，临界区代码将是什么？

只因为两个线程正在使用共享资源？为什么我看不到任何问题呢：前端和后端都被维护着，所以当 ReaderThread 读取时，它可以从前端读取，而当 WriterThread 写入时，它可以轻松地写入到后端。

可能会出现什么潜在问题？

- Rajendra Uppal

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如果你只有一个入口，那么尾巴就等于头？ - Jesus Ramos

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应该没问题。如果你锁定了这个部分，读者将会获取到数据，而不会被写入者添加数据，读者也不会删除数据，导致下一个空槽位的偏移量对于写入者来说不正确。实际上，只要写入者从未更改过前面的内容，除了读者正在删除已经读取的内容的部分，你就不需要在它周围加上临界区，如果写入者同时尝试写入，那么读者会在写入者下次偏移之前更改下一个偏移量，因为它没有同步。 - Brain2000

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Jason · Accepted Answer

对于单个生产者/消费者循环队列实现，实际上不需要锁。只需设置条件，如果队列满了，则生产者无法向队列写入，如果队列为空，则消费者无法从队列中读取。此外，生产者将始终写入一个指向队列中第一个可用空槽的 "tail" 指针，而消费者将从表示队列中第一个未读槽的 "head" 指针中读取。

您的代码可以像以下示例代码一样（注意：我假设在初始化队列时，“tail == head”，并且两个指针都声明为“volatile”，以便优化编译器不会重新排列给定线程内的操作顺序。在 x86 上，由于体系结构具有强大的内存一致性模型，因此不需要存储器屏障，但在具有较弱内存一致性模型的其他体系结构上，将需要存储器屏障）：

queue_type::pointer queue_type::next_slot(queue_type::pointer ptr);

bool queue_type::enqueue(const my_type& obj)
{
    if (next_slot(tail) == head)
        return false;

    *tail = obj;
    tail = next_slot(tail);

    return true;
}

bool queue_type::dequeue(my_type& obj)
{
    if (head == tail)
        return false;

    obj = *head;
    head = next_slot(head);

    return true;
}

函数 next_slot 的作用就是简单地递增 head 或者 tail 指针，使它返回指向数组中下一个槽的指针，并为任何需要环绕功能的数组进行计数。

最后，在单生产者/消费者模型中，我们保证同步，因为我们在将数据写入其指向的槽之前不会递增 tail 指针，并且在从其指向的槽中读取数据之前不递增 head 指针。因此，在至少进行一次调用enequeue之前，调用 dequeue 将不会返回有效结果，并且由于在 enqueue 中有检查，所以 tail 指针永远不会覆盖 head 指针。此外，只有一个线程递增 tail 指针，一个线程递增 head 指针，因此不存在从或向相同指针的共享读或写会创建同步问题，这需要锁定或某种类型的原子操作。请注意，本文中的 HTML 标签已保留。