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
博语小屋4 分钟前
转义字符.
c语言·c++
Lhan.zzZ9 分钟前
Qt跨线程网络通信:QSocketNotifier警告及解决
开发语言·c++·qt
Aevget11 分钟前
QtitanDocking 如何重塑制造业桌面应用?多视图协同与专业界面布局实践
c++·qt·界面控件·ui开发·qtitandocking
-森屿安年-17 分钟前
STL中 Map 和 Set 的模拟实现
开发语言·c++
历程里程碑21 分钟前
双指针巧解LeetCode接雨水难题
java·开发语言·数据结构·c++·python·flask·排序算法
ALex_zry35 分钟前
C++ 中多继承与虚函数表的内存布局解析
java·开发语言·c++
w-w0w-w42 分钟前
C++构造函数与析构函数详解
c++
saber_andlibert1 小时前
【C++转GO】初阶知识
开发语言·c++·golang
Tandy12356_1 小时前
手写TCP/IP协议栈——实现ping响应不可达
c语言·网络·c++·网络协议·tcp/ip·计算机网络
wbs_scy2 小时前
C++:unordered_map/unordered_set 使用指南(差异、性能与场景选择)
开发语言·c++·哈希算法