Параллельное программирование на С++ в действии

void interruptible_wait(std::condition_variable& cv,

 std::unique_lock& lk) {

 interruption_point();←(1)

 this_thread_interrupt_flag.set_condition_variable(cv);

 cv.wait(lk);         ←(2)

 this_thread_interrupt_flag.clear_condition_variable();←(3)

 interruption_point();

}

В предположении, что существуют функции, которые устанавливают и разрывают ассоциацию условной переменной с флагом прерывания, этот код выглядит просто и понятно. Он проверяет, не было ли прерывания, ассоциирует условную переменную с флагом interrupt_flag для текущего потока (1), ждет условную переменную (2), разрывает ассоциацию с условной переменной (3) и снова проверяет, не было ли прерывания. Если поток прерывается во время ожидания условной переменной, то прерывающий поток пошлёт этой переменной сигнал, что пробудит нас и даст возможность проверить факт. К сожалению, этот код не работает, в нем есть две проблемы. Первая довольно очевидна: функция std::condition_variable::wait() может возбуждать исключения, поэтому из interruptible_wait() возможен выход без разрыва ассоциации флага прерывания с условной переменной. Это легко исправляется с помощью структуры, которая разрывает ассоциацию в ее деструкторе.

Вторая, не столь очевидная, проблема связана с гонкой. Если поток прерывается после первого обращения к interruption_point(), но до обращения к wait(), то не имеет значения, ассоциирована условная переменная с флагом прерывания или нет, потому что поток еще ничего не ждет и, следовательно, не может быть разбужен сигналом, посланным условной переменной. Мы должны гарантировать, что потоку не может быть послан сигнал между последней проверкой прерывания и обращением к wait(). Если не залезать в код класса std::condition_variable, то сделать это можно только одним способом: использовать для защиты мьютекс, хранящийся в lk, который, следовательно, нужно передавать функции set_condition_variable(). К сожалению, при этом возникают новые проблемы: мы передаём ссылку на мьютекс, о времени жизни которого ничего не знаем, другому потоку (тому, который выполняет прерывание), чтобы тот его захватил (внутри interrupt()). Но может случиться, что этот поток уже удерживает данный мьютекс, и тогда возникнет взаимоблокировка. К тому же, появляется возможность доступа к уже уничтоженному мьютексу. В общем, это решение не годится. Но если мы не можем надежно прерывать ожидание условной переменной, то нечего было и затевать это дело — почти того же самого можно было бы добиться и без специальной функции interruptible_wait(). Так какие еще есть варианты? Можно, к примеру, задать таймаут ожидания; использовать вместо wait() функцию wait_for() с очень коротким таймаутом (скажем, 1 мс). Это ограничивает сверху время до момента, когда поток обнаружит прерывание (с учетом промежутка между тактами часов). Если поступить так, что ожидающий поток будет видеть больше ложных пробуждений из-за срабатывания таймера, но тут уж ничего не попишешь. Такая реализация показана в листинге ниже вместе с соответствующей реализацией interrupt_flag.

Листинг 9.11. Реализация interruptible_wait() для std::condition_variable с таймаутом

class interrupt_flag {

 std::atomic flag;

 std::condition_variable* thread_cond;

 std::mutex set_clear_mutex;

public:

 interrupt_flag(): thread_cond(0) {}

 void set() {

  flag.store(true, std::memory_order_relaxed);

  std::lock_guard lk(set_clear_mutex);

  if (thread_cond) {

   thread_cond->notify_all();

  }

 }

 bool is_set() const {

  return flag.load(std::memory_order_relaxed);

 }

 void set_condition_variable(std::condition_variable& cv) {

  std::lock_guard lk(set_clear_mutex);

  thread_cond = &cv

 }

 void clear_condition_variable() {

  std::lock_guard lk(set_clear_mutex);

  thread_cond = 0;

 }

 struct clear_cv_on_destruct {

  ~clear_cv_on_destruct() {