使用原子变量同步更多线程

Question

我现在正在做一个学校计划，我在同步 3 个线程（2 个线程 + mian 线程）时遇到了一些问题。描述说我必须打印 100x "ping" 然后 100x"pong" 和 100x"\n"，但是按这个顺序：

PingPong\n 等等...

当我像现在这样开始我的代码时，它只打印 100xPing 然后 100xPong 然后 100x\n 输出，我不明白为什么 :(

我不能理解的一点是，当我将计数器设置为 1 时应该停止，它应该打开 cond.wait();之后它应该移动到 pong() 等等...

代码如下：

  #include <iostream>
#include <string>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <atomic>
using namespace std;
mutex m; // Mutex
         // Bedingungsvariable
condition_variable cond;
atomic<int> counter = 0;
bool done= true;

void ping() {
    unique_lock <mutex > lock{ m }; // m sperren

        while (counter != 0) {
            cond.wait(lock); //sperren und dann wieder freigeben
        }

    while (counter == 0) {

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            cout << "Ping"; 
            counter = 1;
            cond.notify_one();

        }   

    }
}
void pong() {
    unique_lock <mutex > lock{ m }; // m sperren
    while (counter != 1) {
        cond.wait(lock);
    }
    while (counter == 1) {

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            cout << "Pong";
            counter = 2;
            cond.notify_one();          

        }

    }

}


int main() {
    thread t1(pong);
    thread t(ping); // Zweiten Thread starten
    unique_lock <mutex > lock{ m }; // m sperren
    while (counter != 2) cond.wait(lock);
    while (counter == 2) {

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            cout << "\n";
            counter = 0;
            cond.notify_one();

        }       
    }
    lock.unlock(); // Mutex freigeben
    t.join();
    t1.join();
    system("PAUSE");
    return EXIT_SUCCESS;
}

Answer 1

我花时间纠正并提供反馈。请花时间学习和理解。我也在代码中添加了注释。

我删除了行 #include <string>，因为此程序中没有使用 string。
我删除了行 bool done = true;。我认为你不需要它。
如果您想使用条件变量 (Bedingungsvariablen)，您必须 #include <condition_variable>。
atomic<int> counter = 0; 给我一个错误（g++ 4.8.4，Ubuntu，C++11 标志打开）。相反，我将该行替换为 atomic<int> counter{0};.
关于线程同步，我在代码中做了注释。请检查一下。 cond.wait(*lock*, *lambda*); 可能看起来很奇怪，但它与您的 while(*condition*) cond.wait(*lock*); 一样。
notify_one() 只通知一个线程，但你无法控制哪一个将被唤醒。因此（因为你有两个以上的线程）我使用 notify_all().
我删除了行 system("PAUSE")。不需要。

总结（同步机制）：

基本上每个计数器值 (0, 1, 2) 对应一个线程（我认为你的想法是对的）。
但是你跳过了 while 循环，因为你只想 loop/process 一百次；你只需要循环一百次。
所以同步最好放在各自的 for 循环中，并且都遵循相同的模式：

获取锁，释放互斥量并等待条件为真。同时线程被阻塞。
处理数据并设置计数器（另一个线程的条件）。
解锁互斥量并通知所有等待线程（以便下一个满足条件的线程可以被唤醒）。

这样线程就可以依次执行了。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <atomic>
#include <condition_variable>

using namespace std;

mutex m;                 // Mutex
condition_variable cond; // Bedingungsvariable
atomic<int> counter{0};

void ping() {

    for (int i = 0; i < 100; i++) {

        //cout << "Ping: m sperren und warten" << endl;
        // m sperren und ...
        unique_lock <mutex > lock{m};
        //... dann wieder freigeben
        //sobald counter == 0 gilt
        cond.wait(lock, [] {
            return counter == 0;
        });

        //Datenverarbeitung und ...
        //... counter setzen für nächsten Thread
        cout << "Ping";
        counter = 1;

        //cout << "Ping: m freigeben und benachrichtigen" << endl;
        //m freigeben und
        //andere Threads benachrichtigen
        lock.unlock();
        cond.notify_all();

    }
}

void pong() {

    for (int i = 0; i < 100; i++) {

        //cout << "Pong: m sperren und warten" << endl;
        //m sperren und ...
        unique_lock <mutex > lock{m};
        //... dann wieder freigeben
        //sobald counter == 1 gilt
        cond.wait(lock, [] {
            return counter == 1;
        });

        //Datenverarbeitung und ...
        //... counter setzen für nächsten Thread
        cout << "Pong";
        counter = 2;

        //cout << "Pong: m freigeben und benachrichtigen" << endl;
        //m freigeben und
        //andere Threads benachrichtigen
        lock.unlock();
        cond.notify_all();
    }

}

int main() {

    thread t(ping); // ping Thread starten
    thread t1(pong); // pong Thread starten

    for (int i = 0; i < 100; i++) {

        //cout << "\n: m sperren und warten" << endl;
        // m sperren und ...
        unique_lock <mutex > lock{m};
        //... dann wieder freigeben
        //sobald counter == 2 gilt
        cond.wait(lock, [] {
            return counter == 2;
        });

        //Datenverarbeitung und ...
        //... counter setzen für nächsten Thread
        cout << endl;
        counter = 0;

        //cout << "\n: m freigeben und benachrichtigen" << endl;
        //m freigeben und
        //andere Threads benachrichtigen
        lock.unlock();
        cond.notify_all();

    }

    t.join();
    t1.join();

    return EXIT_SUCCESS;
}

注一：

这不起作用：

atomic<int> counter = 0;

这个有效：

atomic<int> counter(0);

或

atomic<int> counter{0};

或

atomic<int> counter;
...
counter = 0;

使用原子变量同步更多线程

Sync more threads with atomic variable

c++

multithreading

mutex

atomic

locks