為什么 CPU 使用率是 100%，並且增加線程數時程序凍結？

Question

我有一個多線程應用程序，以便我連接傳感器，（傳感器的數量取決於用戶）這些傳感器收集數據並通過 TCP 將它們發送到我的程序。 我從 TCP 獲取這些數據並進行一些復雜的計算。 之后，我將結果寫入共享內存空間（對於每個傳感器結果，我有不同的內存空間。）為此，我創建了 3 個不同的類（用於 TCP、計算、寫入共享內存）。 並且每個類任務並行運行（task1 為TCP，task2 為計算，task3 寫入）。 每個任務都必須在 while(1) 中，因為我希望每個線程都運行，直到用戶完全停止程序。 如果我有一個傳感器，我會創建一個 TCP 對象、一個計算對象和一個用於寫入共享內存的對象，並且我為一個 TCP 創建 3 個不同的線程，一個計算和一個寫入。 如果我有 2 個傳感器，每個傳感器有 2 個對象，每個傳感器有 2 個線程，依此類推。

我的問題是，由於使用 while 循環，我的 CPU 使用率始終為 100%。 如果我有 1 或 2 個傳感器，我有 3 或 6 個不同的線程，一切正常。 但是如果我有更多的傳感器，例如 5，我的程序就會開始凍結。 我如何防止凍結？

我的代碼基本上是；

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

問題是您有很多線程正在忙於等待。 他們不會懶惰地等待輸入，他們會積極尋找是否有輸入。

要進行的第一個改進是消除每個傳感器的過多線程。 計算線程花時間等待 TCP 線程。 同樣，每個寫線程等待一個計算線程，那只是一種浪費。 只需有一個包含“TCP 讀取、計算、寫入”循環的傳感器線程。

接下來，使用 TCP 阻塞讀取。 在有可用數據之前，這將占用大約 0% 的 CPU 使用率。 由於每個傳感器只使用一個線程，這也意味着您使用 0% 的 CPU 進行計算和寫入。

一種更現代的方法是 Boost Asio，它在有可用數據時調用您的代碼。