为什么 CPU 使用率是 100%，并且增加线程数时程序冻结？

Question

我有一个多线程应用程序，以便我连接传感器，（传感器的数量取决于用户）这些传感器收集数据并通过 TCP 将它们发送到我的程序。 我从 TCP 获取这些数据并进行一些复杂的计算。 之后，我将结果写入共享内存空间（对于每个传感器结果，我有不同的内存空间。）为此，我创建了 3 个不同的类（用于 TCP、计算、写入共享内存）。 并且每个类任务并行运行（task1 为TCP，task2 为计算，task3 写入）。 每个任务都必须在 while(1) 中，因为我希望每个线程都运行，直到用户完全停止程序。 如果我有一个传感器，我会创建一个 TCP 对象、一个计算对象和一个用于写入共享内存的对象，并且我为一个 TCP 创建 3 个不同的线程，一个计算和一个写入。 如果我有 2 个传感器，每个传感器有 2 个对象，每个传感器有 2 个线程，依此类推。

我的问题是，由于使用 while 循环，我的 CPU 使用率始终为 100%。 如果我有 1 或 2 个传感器，我有 3 或 6 个不同的线程，一切正常。 但是如果我有更多的传感器，例如 5，我的程序就会开始冻结。 我如何防止冻结？

我的代码基本上是；

void classTCP::threadTCP(){
    while(1){
        pthread_mutex_lock(&mutex1);
        pthread_cond_wait(&cond1, &mutex1);
        //..do_something
        pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    }
}
void classCalculation::threadCalculation(){
    while(1){
        pthread_mutex_lock(&mutex2);
        pthread_cond_wait(&cond2, &mutex2);
        //..do_something
        pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    }
}

void class3::thread3(){
    while(1){
        pthread_mutex_lock(&mutex3);
        pthread_cond_wait(&cond3, &mutex3);
        //..do_something
        pthread_mutex_unlock(&mutex3);
    }
}

int main()
{
    while(1)
    {
        pthread_cond_broadcast(&cond1);
        pthread_cond_broadcast(&cond2);
        pthread_cond_broadcast(&cond3);
        //...
    }
}

Answer 1

问题是您有很多线程正在忙于等待。 他们不会懒惰地等待输入，他们会积极寻找是否有输入。

要进行的第一个改进是消除每个传感器的过多线程。 计算线程花时间等待 TCP 线程。 同样，每个写线程等待一个计算线程，那只是一种浪费。 只需有一个包含“TCP 读取、计算、写入”循环的传感器线程。

接下来，使用 TCP 阻塞读取。 在有可用数据之前，这将占用大约 0% 的 CPU 使用率。 由于每个传感器只使用一个线程，这也意味着您使用 0% 的 CPU 进行计算和写入。

一种更现代的方法是 Boost Asio，它在有可用数据时调用您的代码。