一种用于多线程中间状态同步的屏障机制

一种用于多线程中间状态同步的屏障机制

为了解决在多线程环境中,需要一个内置的计数屏障对于多个线程中的某一个部分进行检查,确保所有线程均到达该点后才能继续执行。

该屏障常被用于多线程流水线中的中间检查,适用于阶段分割,是一种有效的同步机制。

此处构建了一个barrier类,其中arrive_and_wait()函数是对应的屏障方法,work是测试线程。

此处代码注释掉的是使用busy-wait进行循环的忙等版本,保留了使用条件变量和unique_lock的阻塞wait_for版本,可以对比两者之间的性能差距。

一般来说,线程规模较小,任务量较少时busy-wait效率较高,是由于sleep-awake过程中有系统调用。当任务规模达到一定程度时,wait_for通常性能较好。

代码如下:

复制代码
#include <thread>
#include <unistd.h>
#include <vector>
#include <cstddef>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <atomic>
#include "barrier.hpp"

class barrier {
public:

    barrier(size_t expected)
    :_expected(expected)
    ,_arrived(0)
    ,_passed(0)
    {}

    void arrive_and_wait();

private:
    const size_t _expected;
    std::atomic<size_t> _arrived;
    std::atomic<size_t> _passed;
    std::mutex mtx;
    std::condition_variable cv;
};

/*void barrier::arrive_and_wait()
{
    auto passed = _passed.load();
    if (_arrived.fetch_add(1) == _expected - 1) {
        // NOTE: reset *before* incrementing, otherwise we might reset to zero a
        // thread already waiting on the next wave
        _arrived = 0;
        _passed++;
    } else {
        while (_passed.load() == passed) {
        // busy-wait
        }
    }
}*/

void barrier::arrive_and_wait()
{
    auto passed = _passed.load();
    if (_arrived.fetch_add(1) == _expected - 1) {
        // NOTE: reset *before* incrementing, otherwise we might reset to zero a
        // thread already waiting on the next wave
        _arrived = 0;
        _passed++;
        cv.notify_all();
    } else { //block
        std::unique_lock<std::mutex> lck(mtx);
        cv.wait(lck, [&] {
            return _passed.load() != passed;
        });
        lck.unlock();
        cv.notify_all();
    }
}

void work(size_t id, barrier& b)
{
    printf("+%ld\n", id); fflush(stdout);
    b.arrive_and_wait();
    printf(".%ld\n", id); fflush(stdout);
    b.arrive_and_wait();
    printf("-%ld\n", id); fflush(stdout);
}

int main(int argc, char** argv)
{
    auto nthreads = atoi(argv[1]);
    barrier b(nthreads);
    std::vector<std::thread> threads;

    for (auto i = nthreads; i; i--) {
        threads.emplace_back(work, i, std::ref(b));
    }

    for (auto& thread : threads) {
        thread.join();
    }
}
相关推荐
㓗冽1 小时前
分解质因数-进阶题10
c++
图图的点云库1 小时前
高斯滤波实现算法
c++·算法·最小二乘法
CoderCodingNo3 小时前
【GESP】C++七级考试大纲知识点梳理, (1) 数学库常用函数
开发语言·c++
老鱼说AI3 小时前
CUDA架构与高性能程序设计:异构数据并行计算
开发语言·c++·人工智能·算法·架构·cuda
2301_793804695 小时前
C++中的适配器模式变体
开发语言·c++·算法
旖-旎6 小时前
二分查找(1)
c++·算法·二分查找·力扣·双指针
tankeven7 小时前
HJ132 小红走网格
c++·算法
2401_857865237 小时前
C++模块接口设计
开发语言·c++·算法
add45a8 小时前
嵌入式C++低功耗设计
开发语言·c++·算法
2401_874732538 小时前
C++中的状态模式
开发语言·c++·算法