std::condition_variable::notify_one: 如果有些线程有错误的谓词，它会唤醒多个线程吗？

Question

我有一个用于读/写的环形缓冲区。 如果环形缓冲区中的条目，我会跟踪数字，并且不允许覆盖尚未读取的条目。 我使用 std::condition_variable wait() 和 notify_one() 来同步读取器和写入器。 基本上阅读器的条件是条目数> 0。写入器的条件是条目数<容量。

这一切似乎都有效，但有一件事我不明白。 当读取器或写入器调用 notify_one() 时，不会导致上下文切换。 我已经阅读并理解它是这样工作的。 但是，在写入者写入条目以填充缓冲区的情况下，写入者调用 notify_one() 并继续写入另一个，在这种情况下，其谓词在其 wait() 中失败。 在这种情况下，我看到另一个 writer() 可能会醒来，并且它的谓词也会失败。 然后阅读器将醒来并且其谓词成功并且可以开始阅读。

我不明白为什么在一个 notify_one() 多个线程被解除阻塞。 带有失败谓词的 wait() 不会吃掉通知吗？ 我找不到任何说明这种情况的东西。

我可以调用 notify_all() 来确定，但它似乎正在使用 notify_one()。

这是代码。

#include <iostream>
#include <stdint.h>

#include <boost/circular_buffer.hpp>
#include <condition_variable>
#include <thread>


// ring buffer with protection for overwrites 
template <typename T>
class ring_buffer {

  public:

    ring_buffer(size_t size) {
        cb.set_capacity(size);
    }

    void read(T& entry) {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lk(cv_mutex);
            cv.wait(lk, [this] {
                    std::cout << "read woke up, test=" << (cb.size() > 0) << std::endl; 
                    return 0 < cb.size();});
            auto iter = cb.begin();
            entry = *iter;
            cb.pop_front(); 
            std::cout << "Read notify_one" << std::endl;
        }
        cv.notify_one();
    } 

    void write(const T& entry) {
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lk(cv_mutex);
            //std::cout << "Write wait" << std::endl;
            cv.wait(lk, [this] {
                    std::cout << "write woke up, test=" << (cb.size() < cb.capacity()) << std::endl; 
                    return cb.size() < cb.capacity();});
            cb.push_back(entry);
            std::cout << "Write notify_one" << std::endl;
        }
        cv.notify_one();
    }

    size_t get_number_entries() {
        std::unique_lock<std::mutex> lk(cv_mutex);
        return cb.size();
    }

  private:

    boost::circular_buffer<T> cb;
    std::condition_variable cv;
    std::mutex cv_mutex;
};

void write_loop(ring_buffer<int> *buffer) {

    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        buffer->write(i);
    }
}

void read_loop(ring_buffer<int> *buffer) {

    for (int i = 0; i < 50000; ++i) {
        int val;
        buffer->read(val);
    }

}

int main() {

    ring_buffer<int> buffer(1000); 
    std::thread writer(write_loop, &buffer);
    std::thread reader(read_loop, &buffer);
    std::thread reader2(read_loop, &buffer);

    writer.join();
    reader.join();
    reader2.join();

    return 0;
}

我在 output 中看到以下内容，其中多个线程被唤醒，因为谓词为假。

read woke up, test=0 
read woke up, test=0 
write woke up, test=1 

Answer 1

当您的每个读取线程检查它是否应该等待或条件是否已经满足时，您会看到条件的初始测试。

从这里开始，这个 wait() 的重载相当于

while (!pred()) {
    wait(lock);
}

所以 wait() 仅在条件为true时调用，但必须先检查条件。

read woke up, test=0  // tests condition on reader1 thread, false, wait is called
read woke up, test=0  // tests condition on reader2 thread, false, wait is called
write woke up, test=1 // tests condition on writer thread, true, wait is not called

这可能会使写入 2 个值的位置变得很明显，并且每个读取器只会读取一个值。