Д. Стефенс - C++. Сборник рецептов

Пример 12.3. Использование мьютекса чтения/записи

#include

#include

#include

#include

template

class Queue {

public:

Queue() : // Использовать мьютекс чтения/записи и придать ему приоритет

// записи

rwMutex_(boost::read_write_scheduling_policy::writer_priority) {}

~Queue() {}

void enqueue(const T& x) {

// Использовать блокировку чтения/записи, поскольку enqueue

// обновляет состояние

boost::read_write_mutex::scoped_write_lock writeLock(rwMutex_);

list_.push_back(x);

}

T dequeue() {

// Снова использовать блокировку для записи

boost::read_write_mutex::scoped_write_lock writeLock(rwMutex_);

if (list_.empty())

throw "empty!";

T tmp = list_.front();

list_.pop_front();

return(tmp);

}

T getFront() {

// Это операция чтения, поэтому требуется блокировка только для чтения

boost::read_write_mutex::scoped_read_lock.readLock(rwMutex_);

if (list_.empty())

throw "empty!";

return(list_.front());

}

private:

std::list list_;

boost::read_write_mutex rwMutex_;

};

Queue queueOfStrings;

void sendSomething() {

std::string s;

for (int i = 0, i < 10; ++i) {

queueOfStrings.enqueue("Cyrus");

}

}

void checkTheFront() {

std::string s;

for (int i=0; i < 10; ++i) {

try {

s = queueOfStrings.getFront();

} catch(...) {}

}

}

int main() {

boost::thread thr1(sendSomething);

boost::thread_group grp;

grp.сreate_thread(checkTheFront);

grp.create_thread(checkTheFront);

grp.сreate_thread(checkTheFront);

grp_create_thread(checkTheFront);

thr1.join();

grp.join_all();

}

Здесь необходимо отметить несколько моментов. Обратите внимание, что теперь я использую read_write_mutex.

boost::read_write_mutex rwMutex_;

При использовании мьютексов чтения/записи блокировки тоже выполняются иначе. В примере 12.3, когда мне нужно заблокировать Queueдля записи, я создаю объект класса scoped_write_lock.

boost::read_write_mutex::scoped_write_lock writeLock(rwMutex_);

А когда мне просто требуется прочитать Queue, я использую scoped_read_lock.

boost::read_write_mutex::scoped_read_lock readLock(rwMutex_);

Блокировки чтения/записи удобны, но они не предохраняют вас от серьезных ошибок. На этапе компиляции не делается проверка ресурса, представленного мьютексом rwMutex_, гарантирующая отсутствие изменения ресурса при блокировке только для чтения. Вы сами должны позаботиться о том, чтобы поток мог модифицировать состояние объекта только при блокировке для записи, поскольку компилятор это не будет делать.

Точная последовательность выполнения блокировок определяется политикой их планирования; эту политику вы задаете при конструировании объекта mutex. В библиотеке Boost Threads предусматривается четыре политики.

reader_priority

Потоки, ожидающие выполнения блокировки для чтения, ее получат раньше потоков, ожидающих выполнения блокировки для записи.

writer_priority

Потоки, ожидающие выполнения блокировки для записи, ее получат раньше потоков, ожидающих выполнения блокировки для чтения.

alternating_single_read

Чередуются блокировки для чтения и для записи. Один читающий поток получает возможность блокировки для чтения, когда подходит «очередь» читающих потоков. Эта политика в целом отдает приоритет записывающим потокам. Например, если мьютекс заблокирован для записи и имеется несколько потоков, ожидающих блокировки для чтения, а также один поток, ожидающий блокировки для записи, сначала будет выполнена одна блокировка для чтения, затем блокировка для записи и после нее — все остальные блокировки для чтения. Подразумевается, что за это время не будет новых запросов на блокировку.

alternating_many_reads

Чередуются блокировки для чтения и для записи. Выполняются все блокировки для чтения, когда подходит «очередь» читающих потоков. Другими словами, эта политика приводит к опустошению очереди всех потоков, ожидающих блокировки для чтения, в промежутке между блокировками для записи.

Каждая из этих политик имеет свои достоинства и недостатки, и их влияние будет сказываться по-разному в различных приложениях. Необходимо тщательно подойти к выбору политики, потому что если просто обеспечить приоритет для чтения или записи, это приведет к зависанию, которое я более подробно описываю ниже.

При программировании многопоточной обработки возникает три основные проблемы: взаимная блокировка (deadlock), зависание (starvation) и состояния состязания (race conditions — условия гонок). Существуют различные по сложности методы устранения этих проблем, но их рассмотрение выходит за рамки данного рецепта. Я дам описание каждой их этих проблем, чтобы вы знали, чего следует остерегаться, но если вы планируете разработку многопоточного приложения, вам необходимо сначала выполнить некоторое предварительную работу по шаблонам многопоточной обработки.