并发编程（二）：分析Boost对 互斥量和条件变量的封装及实现生产者消费者问题
请阅读上篇文章《并发编程实战： POSIX 使用互斥量和条件变量实现生产者/消费者问题》。当然不阅读亦不影响本篇文章的阅读
。
Boost的互斥量，条件变量做了很好的封装，因此比“原生的”POSIX mutex，condition variables好用。然后我们会通过分析boost相关源码看一下boost linux是如何对pthread_mutex_t和pthread_cond_t进行的封装。
首先看一下condition_variable_any的具体实现，代码路径：/boost/thread/pthread/condition_variable.hpp
class condition_variable_any
{
pthread_mutex_t internal_mutex;
pthread_cond_t cond; condition_variable_any(condition_variable_any&);
condition_variable_any& operator=(condition_variable_any&); public:
condition_variable_any()
{
int const res=pthread_mutex_init(&internal_mutex,NULL);
if(res)
{
boost::throw_exception(thread_resource_error());
}
int const res2=pthread_cond_init(&cond,NULL);
if(res2)
{
BOOST_VERIFY(!pthread_mutex_destroy(&internal_mutex));
boost::throw_exception(thread_resource_error());
}
}
~condition_variable_any()
{
BOOST_VERIFY(!pthread_mutex_destroy(&internal_mutex));
BOOST_VERIFY(!pthread_cond_destroy(&cond));
}
condition_variable_any的构造函数是对于内部使用的mutex和cond的初始化，对应的，析构函数则是这些资源的回收。
BOOST_VERIFY的实现：
#undef BOOST_VERIFY
#if defined(BOOST_DISABLE_ASSERTS) || ( !defined(BOOST_ENABLE_ASSERT_HANDLER) && defined(NDEBUG) )
// 在任何情况下，expr一定会被求值。
#define BOOST_VERIFY(expr) ((void)(expr))
#else
#define BOOST_VERIFY(expr) BOOST_ASSERT(expr)
#endif
因此不同于assert在Release版的被优化掉不同，我们可以放心的使用BOOST_VERITY，因此它的表达式肯定会被求值，而不用担心assert的side effect。
接下来看一下condition_variable_any的核心实现：wait
template<typename lock_type>
void wait(lock_type& m)
{
int res=0;
{
thread_cv_detail::lock_on_exit<lock_type> guard;
detail::interruption_checker check_for_interruption(&internal_mutex,&cond);
guard.activate(m);
res=pthread_cond_wait(&cond,&internal_mutex);
this_thread::interruption_point();
}
if(res)
{
boost::throw_exception(condition_error());
}
}
首先看一下lock_on_exit：
namespace thread_cv_detail
{
template<typename MutexType>
struct lock_on_exit
{
MutexType* m; lock_on_exit():
m(0)
{} void activate(MutexType& m_)
{
m_.unlock();
m=&m_;
}
~lock_on_exit()
{
if(m)
{
m->lock();
}
}
};
}
代码很简单，实现了在调用activate时将传入的lock解锁，在该变量生命期结束时将guard的lock加锁。
接下来的detail::interruption_checker check_for_interruption(&internal_mutex,&cond);是什么意思呢？From /boost/thread/pthread/thread_data.hpp
class interruption_checker
{
thread_data_base* const thread_info;
pthread_mutex_t* m;
bool set; void check_for_interruption()
{
if(thread_info->interrupt_requested)
{
thread_info->interrupt_requested=false;
throw thread_interrupted();
}
} void operator=(interruption_checker&);
public:
explicit interruption_checker(pthread_mutex_t* cond_mutex,pthread_cond_t* cond):
thread_info(detail::get_current_thread_data()),m(cond_mutex),
set(thread_info && thread_info->interrupt_enabled)
{
if(set)
{
lock_guard<mutex> guard(thread_info->data_mutex);
check_for_interruption();
thread_info->cond_mutex=cond_mutex;
thread_info->current_cond=cond;
BOOST_VERIFY(!pthread_mutex_lock(m));
}
else
{
BOOST_VERIFY(!pthread_mutex_lock(m));
}
}
~interruption_checker()
{
if(set)
{
BOOST_VERIFY(!pthread_mutex_unlock(m));
lock_guard<mutex> guard(thread_info->data_mutex);
thread_info->cond_mutex=NULL;
thread_info->current_cond=NULL;
}
else
{
BOOST_VERIFY(!pthread_mutex_unlock(m));
}
}
代码面前，毫无隐藏。那句话就是此时如果有interrupt，那么就interrupt吧。否则，lock传入的mutex，也是为了res=pthread_cond_wait(&cond,&internal_mutex);做准备。
关于线程的中断点，可以移步《【Boost】boost库中thread多线程详解5——谈谈线程中断》。
对于boost::mutex，大家可以使用同样的方法去解读boost的实现，相对于condition variable，mutex的实现更加直观。代码路径：/boost/thread/pthread/mutex.hpp。
namespace boost
{
class mutex
{
private:
mutex(mutex const&);
mutex& operator=(mutex const&);
pthread_mutex_t m;
public:
mutex()
{
int const res=pthread_mutex_init(&m,NULL);
if(res)
{
boost::throw_exception(thread_resource_error());
}
}
~mutex()
{
BOOST_VERIFY(!pthread_mutex_destroy(&m));
} void lock()
{
int const res=pthread_mutex_lock(&m);
if(res)
{
boost::throw_exception(lock_error(res));
}
} void unlock()
{
BOOST_VERIFY(!pthread_mutex_unlock(&m));
} bool try_lock()
{
int const res=pthread_mutex_trylock(&m);
if(res && (res!=EBUSY))
{
boost::throw_exception(lock_error(res));
} return !res;
} typedef pthread_mutex_t* native_handle_type;
native_handle_type native_handle()
{
return &m;
} typedef unique_lock<mutex> scoped_lock;
typedef detail::try_lock_wrapper<mutex> scoped_try_lock;
};
}
boost对于pthread_mutex_t和pthread_cond_t的封装，方便了开发者的使用的资源的安全有效管理。当然，在不同的公司，可能也都有类似的封装，学习boost的源码，无疑可以加深我们的理解。在某些特定的场合，我们也可以学习boost的封装方法，简化我们的日常开发。
最后，奉上简单的生产者、消费者的boost的实现，和前文《并发编程实战： POSIX 使用互斥量和条件变量实现生产者/消费者问题》相比，我们可以看到boost简化了mutex和condition variable的使用。以下代码引自《Boost程序库完全开发指南》：
#include <boost/thread.hpp>
#include <stack>
using std::stack;
using std::cout;
class buffer
{
private:
boost::mutex mu; // 条件变量需要配合互斥量
boost::condition_variable_any cond_put; // 生产者写入
boost::condition_variable_any cond_get; // 消费者读走 stack<int> stk;
int un_read;
int capacity; bool is_full()
{
return un_read == capacity;
}
bool is_empty()
{
return 0 == un_read;
} public:
buffer(size_t capacity) : un_read(0), capacity(capacity)
{}
void put(int x)
{ boost::mutex::scoped_lock lock(mu); // 这里是读锁的门闩类 while (is_full())
{
cout << "full waiting..." << endl;
cond_put.wait(mu); // line:51
}
stk.push(x);
++un_read; cond_get.notify_one();
}
void get(int *x)
{
boost::mutex::scoped_lock lock(mu); // 这里是读锁的门闩类 while (is_empty())
{
cout << "empty waiting..." << endl;
cond_get.wait(mu);
}
*x = stk.top();
stk.pop();
--un_read; cond_put.notify_one(); // 通知 51line可以写入了
}
}; buffer buf(5); void producer(int n)
{
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
cout << "put : " << i << endl;
buf.put(i);
}
} void consumer(int n)
{
int x;
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
buf.get(&x);
cout << "get : " << x << endl;
}
} int main()
{
boost::thread t1(producer, 20);
boost::thread t2(consumer, 10);
boost::thread t3(consumer, 10); t1.join();
t2.join();
t3.join(); return 0;
}
最后说一句，condition_variable_any == condition, from /boost/thread/condition.hpp
namespace boost
{
typedef condition_variable_any condition;
}
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