《Linux多线程服务端编程》读书笔记（二）

线程同步

线程同步的四项原则

1. 最低限度地共享对象，一个对象尽量不暴露给其他线程，如果非要暴露，优先考虑immutable对象；实在不行才暴露可修改的对象，并用同步措施充分保护它。
2. 使用高级的并发编程构件，如TaskQueue, Producer-Consumer Queue, CountDownLatch等
3. 不得已使用底层同步原语的时候，只使用非递归的互斥器和条件变量，慎用读写锁，不要用信号量
4. 除了使用automic变量外，不自己编写lock-free代码，不要使用“内核级”同步原语

互斥器

使用原则：

• 用RAII手法封装mutex的创建、销毁、加锁、解锁这四个操作
• 只使用非递归的mutex
• 不手工调用lock(), unlock()函数，一切交给栈上的Guard对象的构造和析构函数负责
• 每次构造Guard对象需要关注调用栈上已经持有的锁，防止加锁顺序不同导致的死锁出现

只使用非递归的mutex

可重入mutex可以被同一个线程反复加锁，这就可能造成一些问题

MutexLock mutex;
std::vector foos;

void post(const Foo& f) {
    MutexLockGuard lock(mutex);
    foos.push_back(f);
}

void traverse() {
    MutexLockGuard lock(mutex);
    for (std::vector::const_iterator it = foos.begin();
        it != foos.end(); ++it) {
        it->doit();  // 这里可能有问题
    }
}

如果it->doit()间接的调用了post()，可能会出现下面两种情况

1. mutex是不可重入的，那么就会造成死锁
2. mutex是可重入的，由于push_back()可能会导致迭代器失效，所以程序可能偶尔会crash

条件变量

若干个线程需要等待某个表达式为真，即等待别的线程“唤醒”它。条件变量的学名叫管程（monitor）。Java object内置的wait(), notify(), notifyAll()是条件变量。

条件变量的正确使用方式，对于wait端：

1. 必须与mutex一起使用，布尔表达式的读写需要受mutex的保护
2. 在mutex已上锁的时候才能调用wait()
3. 把判断布尔条件和wait()放到while循环中

std::mutex mutex;
std::condition_variable cv;
std::deque queue;

int dequeue()
{
    std::unique_lock lock(mutex);  // 这里不能使用lock_guard，因为lock_guard不支持手动解锁
    while(queue.empty()) {  // 必须用循环；必须在判断之后再wait()
        cv.wait(lock);  // 释放互斥量并等待条件变量，被唤醒时会重新尝试获取锁
    }
    assert(!queue.empty());
    int top = queue.front();
    queue.pop_front();
    return top;
}

对上面的代码有这样的思考

1. 为什么必须使用循环？
   在使用void wait(unique_lock& lck);的时候，获取到信号量就会无条件的执行下面的语句。如果一次notify()唤醒了多个线程，只有一个线程能正常执行，其他线程都会因为锁的争用阻塞到cv.wait();语句；当锁被释放时，这些线程会直接执行下面的代码，造成了错误。
   使用wait()具有两个参数的回调可以避免使用循环。
2. 为什么要加锁？
   首先为了保证对条件变量的修改是串行的，其次为了保证对queue的修改是串行的

对于singal/broadcast端：

1. 不一定要在持有锁的情况下调用signal
2. 在singal之前一般要修改布尔表达式
3. 修改布尔表达式通常要用mutex保护
4. 注意区分singal和broadcast：broadcast通常表明状态的变化，所以需要唤醒所有等待该状态的线程；singal通常用于资源可用，所以唤醒一小部分线程来消耗资源。

void enqueue(int x) {
    std::lock_guard lock(mutex);
    queue.push_back(x);
    cv.notify_one();
}

互斥器和条件变量构成了多线程编程的全部必备同步原语，用它们即可完成任何多线程同步任务，二者不能相互替代。