yohhoyの日記

2014-09-26

条件変数とデッドロック・パズル(出題編)

条件変数(condition variable)同期プリミティブの利用に関して、不適切な単一スレッド通知処理の使用によるデッドロック(dead lock)発生についてメモ。(条件変数 Step-by-Step入門のおまけ記事)

スレッド間の非同期データ送受信機構mt_slotとして*1C++11標準ライブラリによる下記実装を考える。

  • スレッド間でT型の単一データを保持/取得するクラス。put()で設定値を保持し、get()で値を取得する。
  • データ未保持状態でget()を呼び出すと、別スレッドがput()するまでブロッキングする。
  • データ保持状態でput()を呼び出すと、別スレッドがget()するまでブロッキングする。
// mt_slot実装
#include <utility>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

template<typename T>
class mt_slot {
  T slot_;
  bool hold_ = false;
  std::mutex mtx_;
  std::condition_variable cv_;
  typedef std::unique_lock<std::mutex> Lock;
public:
  void put(T data) {
    Lock lk(mtx_);
    while (hold_)
      cv_.wait(lk);
    slot_ = std::move(data);
    hold_ = true;
    cv_.notify_one();
  }
  T get() {
    Lock lk(mtx_);
    while (!hold_)
      cv_.wait(lk);
    cv_.notify_one();
    hold_ = false;
    return std::move(slot_);
  }
};

mt_slotクラスは、生産者−消費者問題(Producer-Consumer problem)の同期機構として利用できる。この設計パターンでは、生産者スレッドでデータのput()を順次行い、消費者スレッドはデータをget()し続けることになる。

問題:

  • 1生産者スレッド−1消費者スレッドのとき、mt_slotクラス内でデッドロックを引き起こす可能性はあるか?
  • 2生産者スレッド−2消費者スレッドではどうか?デッドロックの可能性があるならば、どのような実行が行われた時か?

実行可能コード:https://gist.github.com/yohhoy/191757eaa0fe8dfa39e8 (C++11版, Pthreads版)

解答編 → id:yohhoy:20140930

*1:最大要素数が1のスレッドセーフ・キューとみなせる。

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