Энтони Уильямс - Параллельное программирование на С++ в действии. Практика разработки многопоточных программ

Присущая std::unique_lockвозможность освобождать мьютекс используется не только при обращении к wait(), но и непосредственно перед обработкой поступивших данных (6). Обработка может занимать много времени, а, как было отмечено в главе 3, удерживать мьютекс дольше необходимого неразумно.

Применение очереди для передачи данных между потоками (как в листинге 4.1) — весьма распространенный прием. При правильной реализации синхронизацию можно ограничить только самой очередью, что уменьшает количество потенциальных проблем и состояний гонки. Поэтому покажем, как на основе листинга 4.1 построить обобщенную потокобезопасную очередь.

Приступая к проектированию обобщенной очереди, стоит потратить некоторое время на обдумывание того, какие понадобятся операции. Именно так мы подходили к разработке потокобезопасного стека в разделе 3.2.3. Возьмем в качестве образца адаптер контейнера std::queue<>из стандартной библиотеки С++, интерфейс которого показан в листинге ниже.

Листинг 4.2.Интерфейс класса std::queue

template >

class queue {

public:

explicit queue(const Container&);

explicit queue(Container&& = Container());

template explicit queue(const Alloc&);

template queue(const Container&, const Alloc&);

template queue(Container&&, const Alloc&);

template queue(queue&&, const Alloc&);

void swap(queue& q);

bool empty() const;

size_type size() const;

T& front();

const T& front() const;

T& back();

const T& back() const;

void push(const T& x);

void push(T&& x);

void pop();

template void emplace(Args&&... args);

};

Если не обращать внимания на конструирование, присваивание и обмен, то останется три группы операций: опрос состояния очереди в целом ( empty()и size()), опрос элементов очереди ( front()и back()) модификация очереди ( push(), pop()и emplace()). Ситуация аналогична той, что мы видели в разделе 3.2.3 для стека, поэтому возникают те же — внутренне присущие интерфейсу — проблемы с гонкой. Следовательно, front()и pop()необходимо объединить в одной функции — точно так же, как мы постудили с top()и pop()в случае стека. Но в коде в листинге 4.1 есть дополнительный нюанс: если очередь используется для передачи данных между потоками, то поток-получатель часто будет ожидать поступления данных. Поэтому включим два варианта pop(): try_pop()пытается извлечь значение из очереди, но сразу возвращает управление (с указанием ошибки), если в очереди ничего не было, a wait_and_pop()ждет, когда появятся данные. Взяв за образец сигнатуры функций из примера стека, представим интерфейс в следующем виде:

Листинг 4.3.Интерфейс класса threadsafe_queue

#include

template

class threadsafe_queue {

public:

threadsafe_queue();

threadsafe_queue(const threadsafe_queue&);

threadsafe_queue& operator=(

const threadsafe_queue&) = delete; ←┐ Для простоты

void push(T new_value); │ запрещаем присваивание

bool try_pop(T& value); ← (1)

std::shared_ptr try_pop(); ← (2)

void wait_and_pop(T& value);

std::shared_ptr wait_and_pop();

bool empty() const;

};

Как и в случае стека, мы для простоты уменьшили число конструкторов и запретили присваивание. И, как и раньше, предлагаем по два варианта функций try_pop()и wait_for_pop(). Первый перегруженный вариант try_pop() (1)сохраняет извлеченное значение в переданной по ссылке переменной, а возвращаемое значение использует для индикации ошибки: оно равно true, если значение получено, и false— в противном случае (см. раздел А.2). Во втором перегруженном варианте (2)так поступить нельзя, потому что возвращаемое значение — это данные, извлеченные из очереди. Однако же можно возвращать указатель NULL, если в очереди ничего не оказалось.

Ну и как же всё это соотносится с листингом 4.1? В следующем листинге показано, как перенести оттуда код в методы push()и wait_and_pop().

Листинг 4.4.Реализация функций push()и wait_and_pop()на основе кода из листинга 4.1

#include

#include

#include

template

class threadsafe_queue {

private:

std::mutex mut;

std::queue data_queue;

std::condition_variable data_cond;

public:

void push(T new_value) {

std::lock_guard lk(mut);

data_queue.push(new_value);

data_cond.notify_one();

}

void wait_and_pop(T& value) {