c++ - 线程锁定互斥量比 std::conditional_variable::wait() 更快

Question

我正在尝试理解 condition_variables。

我想我的代码应该像这样工作:
1.主锁mx
2. main wait() notify <= here lock released
3.线程锁mx
4.线程发送通知
5.线程解锁mx
6. main wait()完成并锁定mx

那么为什么线程可以比 notify 后调用 wait() 更快地锁定 mx？
Example

#include <iostream>
#include <future>
#include <condition_variable>
#include <vector>

using namespace std::chrono_literals;

std::shared_future<void> ready;

std::mutex finish_mx;
std::condition_variable finish_cv;

int execute(int val, const std::shared_future<void> &ready){
    ready.wait();

    std::lock_guard<std::mutex> lock(finish_mx);
    std::cout<<"Locked: "<<val<<std::endl;
    finish_cv.notify_one();

    return val;
}


int main()
{
    std::promise<void> promise;
    auto shared = promise.get_future().share();

    std::vector<std::future<int>> pool;
    for (int i=0; i<10; ++i){
        auto fut = std::async(std::launch::async, execute, i, std::cref(shared));
        pool.push_back(std::move(fut));
    }

    std::this_thread::sleep_for(100ms);

    std::unique_lock<std::mutex> finish_lock(finish_mx);
    promise.set_value();

    for (int i=0; pool.size() > 0; ++i)
    {
        finish_cv.wait(finish_lock);
        std::cout<<"Notifies: "<<i<<std::endl;

        for (auto it = pool.begin(); it != pool.end(); ++it) {
            auto state = it->wait_for(0ms);
            if (state == std::future_status::ready) {
                pool.erase(it);
                break;
            }
        }
    }
}

示例输出:

Locked: 6
Locked: 7
Locked: 8
Locked: 9
Locked: 5
Locked: 4
Locked: 3
Locked: 2
Locked: 1
Notifies: 0
Locked: 0
Notifies: 1

编辑

for (int i=0; pool.size() > 0; ++i)
{
    finish_cv.wait(finish_lock);
    std::cout<<"Notifies: "<<i<<std::endl;

    auto it = pool.begin();
    while (it != pool.end()) {
        auto state = it->wait_for(0ms);
        if (state == std::future_status::ready) {
            /* process result */
            it = pool.erase(it);
        } else {
            ++it;
        }
    }
}

Answer 1

这取决于您的操作系统如何安排等待获取互斥锁的线程。在第一个 notify_one 之前，所有 execute 线程都已经在等待获取互斥锁，因此如果有一个简单的 FIFO 线程队列等待锁定互斥锁，那么它们都领先队列中的 main 线程。随着每个互斥体解锁互斥体，队列中的下一个互斥体将锁定它。

这与互斥量比条件变量“更快”无关，条件变量必须锁定相同的互斥量才能从等待中返回。

一旦 future 准备就绪，所有 execute 线程都会从 wait 返回并尝试锁定互斥量，加入等待者队列。当条件变量开始等待时，互斥锁被解锁，其他线程之一(队列前面的线程)获得锁。它调用 notify_one 导致条件变量尝试重新锁定互斥锁，加入队列的后面。通知线程解锁互斥量，队列中的下一个线程获得锁，并调用 notify_one(它什么都不做，因为条件变量已经被通知并等待锁定互斥量)。然后队列中的下一个线程获得互斥锁，依此类推。

似乎其中一个 execute 线程运行速度不够快，无法在第一个 notify_one 调用之前进入队列，因此它最终排在后面的队列中条件变量。