C++ C++；多线程无锁队列崩溃

我试图更好地理解为多线程编码时控制内存顺序的方法。我过去经常使用互斥体来序列化变量访问，但我试图尽可能避免使用互斥体来提高性能

我有一个指针队列，它可能由许多线程填充，并被许多线程使用。它在单线程上运行良好，但在多线程运行时崩溃。看起来消费者可能会得到重复的指针，这导致他们被释放两次。这有点难说，因为当我输入任何打印语句时，它运行良好，不会崩溃

首先，我使用一个预先分配的向量来保存指针。我保留了3个原子索引变量来跟踪向量中需要处理的元素。可能值得注意的是，我尝试使用一种_队列类型，其中元素本身是原子的，但这似乎没有帮助。以下是更简单的版本：

std::atomic<uint32_t> iread;
std::atomic<uint32_t> iwrite;
std::atomic<uint32_t> iend;
std::vector<JEvent*> _queue;

// Write to _queue (may be thread 1,2,3,...)
while(!_done){
    uint32_t idx = iwrite.load();
    uint32_t inext = (idx+1)%_queue.size();
    if( inext == iread.load() ) return kQUEUE_FULL;
    if( iwrite.compare_exchange_weak(idx, inext) ){
        _queue[idx] = jevent; // jevent is JEvent* passed into this method
        while( !_done ){
            if( iend.compare_exchange_weak(idx, inext) ) break;
        }
        break;
    }
}

我应该强调的是，我真的很有兴趣理解为什么这不起作用。实现其他一些预先制作的包可以让我克服这个问题，但不能帮助我避免以后再次犯同样类型的错误

更新 我认为Alexandr Konovalov的回答是正确的（见下面他回答中的评论）。如果有人看到此页面，“写入”部分的更正代码为：

std::atomic<uint32_t> iread;
std::atomic<uint32_t> iwrite;
std::atomic<uint32_t> iend;
std::vector<JEvent*> _queue;

// Write to _queue (may be thread 1,2,3,...)
while(!_done){
    uint32_t idx = iwrite.load();
    uint32_t inext = (idx+1)%_queue.size();
    if( inext == iread.load() ) return kQUEUE_FULL;
    if( iwrite.compare_exchange_weak(idx, inext) ){
        _queue[idx] = jevent; // jevent is JEvent* passed into this method
        uint32_t save_idx = idx;
        while( !_done ){
            if( iend.compare_exchange_weak(idx, inext) ) break;
            idx = save_idx;
        }
        break;
    }
}

std:：原子iread；
std：：原子iwrite；
std：：原子iend；
std:：vector_队列；
//写入_队列（可能是线程1,2,3，…）
而（！\u完成）{
uint32_t idx=iwrite.load（）；
uint32_t inxt=（idx+1）%\u queue.size（）；
如果（inxt==iread.load（））返回kQUEUE_FULL；
if（iwrite.compare\u exchange\u弱（idx，inxt））{
_队列[idx]=jevent；//jevent是传递到此方法的jevent*
uint32\u t save\u idx=idx；
而（！\u完成）{
如果（iend.比较交换弱（idx，inext））中断；
idx=保存_idx；
}
打破
}
}

对我来说，当有2个编写器和1个读卡器时，可能会出现一个问题。假设第一个编写器刚好在

 _queue[0] = jevent;

第二个写入程序通过iend发出信号，表示其_队列[1]已准备好读取。然后，读卡器通过iend看到_队列[0]已经准备好被读取，所以我们有了数据竞争

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我建议您尝试Relacy Race Detector，它非常适用于此类分析。

ABA问题？您确定您已经有足够的争用，值得拥有一个无锁队列吗？阅读其他人是如何解决多生产者多消费者队列（mpmc）问题的可能是值得的，因为这可能会让您了解您缺少的内容。从我对这个问题的回忆来看，它要求你的支票比你现在的支票更复杂。@UKMonkey是的。我可以使它与锁一起工作，并将其从~4MHz降低到~35kHz。@Slava。这是可能的，因为队列用作振铃器缓冲区，所以索引确实回滚到相同的值。不管我使用了多少线程（只要超过1个），崩溃似乎都会很快发生。考虑到一些数字（队列大小与线程数），这似乎有点不太可能，但值得检查。我会做一些测试。谢谢你的建议。writer部分中的内部while循环的目的是防止出现这种情况（尽管我可能遗漏了一些东西）。在您描述的场景中，第二个writer线程应该卡在内部while循环中，直到iend设置为“1”。直到第一个writer线程通过相同的内部while循环并将iend从“0”更改为“1”，才会发生这种情况。直到它写入到_queue中的插槽时才会发生这种情况。嗯，iend的第1次运行。第2个writer线程中的compare_exchange_弱（）肯定会返回fail，但第2次运行成功（因此线程离开内部循环），因为在第一次运行之后，idx被更新为当前的iend。Alexandr：我不得不盯着你的评论和我的代码看了一会儿，最后才意识到我还没有完全理解compare_exchange_。我没有意识到，如果调用“失败”，那么它会更新预期值（在我的例子中是“idx”）。这正是我这么做的原因。对我来说，这是一个令人尴尬的错误，但我现在很高兴能理解它。谢谢

 _queue[0] = jevent;