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
HugoStudio_SWAN6 分钟前
洛谷 B4450 / B3867 / B3923 智慧购物、储蓄与做题——从程序到生活
c++·学习·程序人生·算法·生活
会周易的程序员2 小时前
5Draft(五帝)测试报告
服务器·c++·分布式·raft·共识算法·共识·算力服务器
UIU1142 小时前
scanf与cout的误区:探究其内部的机制
c++·学习·c#·scanf
闻缺陷则喜何志丹2 小时前
【栈 运算系统】P3719 [AHOI2017初中组] rexp|普及+
c++·算法··洛谷·运算系统
bnmoel3 小时前
C++ 基础入门篇(一):命名空间,输入&输出,缺省参数,函数重载
c++·函数重载·语法·命名空间·缺省参数
Zixhy3 小时前
多点巡检机器人项目技术总结
linux·c++·机器人·自动驾驶
Pointer Pursuit5 小时前
C++11特性(二)
前端·c++·算法
tudousisi2226 小时前
CSP 第3题训练 Day 5|CSP202509C HTTP 头信息|Blog A
c++
闻缺陷则喜何志丹7 小时前
【动态规划】P10726 [GESP202406 八级] 空间跳跃|普及+
c++·算法·动态规划·洛谷
Chester_19997 小时前
CSP202312C.树上搜索
开发语言·数据结构·c++·蓝桥杯·stl