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c++ - asio::async_write 在大容量流上同步非常困难

问题描述

我目前正在使用 Asio C++ 库并围绕它编写了一个客户端包装器。我最初的方法是非常基本的，只需要在一个方向上流。要求已经改变，我已经切换到使用所有异步调用。除了asio::async_write(...). 我使用了几种不同的方法，并且不可避免地遇到了每一种方法的僵局。

该应用程序连续地以大容量流式传输数据。我一直远离链，因为它们不会阻塞并且可能导致内存问题，尤其是在服务器处于重负载时。工作将备份，应用程序堆无限增长。

所以我创建了一个阻塞队列，只是为了找出在回调和/或阻塞事件中使用锁会导致未知行为的困难方式。

包装器是一个非常大的类，所以我将尝试解释我的当前状态，并希望得到一些好的建议：

例如，在我的队列中，我有一个queue::block()并且queue::unblock()只是条件变量/互斥锁的包装器。

std::thread consumer([this]() {
    std::string message_buffer;

    while (queue.pop(message_buffer)) {
        queue.stage_block();
        asio::async_write(*socket, asio::buffer(message_buffer), std::bind(&networking::handle_write, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
        queue.block();

    }
});

void networking::handle_write(const std::error_code& error, size_t bytes_transferred) {
    queue.unblock();
}

当套接字备份并且服务器由于当前负载而不再接受数据时，队列会填满并导致handle_write(...)永远不会调用的死锁。

另一种方法完全消除了消费者线程并依赖于handle_write(...)弹出队列。像这样：

void networking::write(const std::string& data) {
    if (!queue.closed()) {
        std::stringstream stream_buffer;
        stream_buffer << data << std::endl;

        spdlog::get("console")->debug("pushing to queue {}", queue.size());

        queue.push(stream_buffer.str());

        if (queue.size() == 1) {
            spdlog::get("console")->debug("handle_write: {}", stream_buffer.str());
            asio::async_write(*socket, asio::buffer(stream_buffer.str()), std::bind(&networking::handle_write, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
        }
    }
}

void networking::handle_write(const std::error_code& error, size_t bytes_transferred) {
    std::string message;
    queue.pop(message);

    if (!queue.closed() && !queue.empty()) {
        std::string front = queue.front();

        asio::async_write(*socket, asio::buffer(queue.front()), std::bind(&networking::handle_write, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
    }
}

这也导致了僵局，显然会导致其他比赛问题。当我禁用心跳回调时，我完全没有问题。但是，心跳是必需的。

我究竟做错了什么？什么是更好的方法？

标签： c++multithreadingmutexdeadlockcondition-variable

解决方案

看来我所有的痛苦完全来自心跳。在我的异步写入操作的每个变体中禁用心跳似乎可以解决我的问题，所以这让我相信这可能是使用内置asio::async_wait(...)和asio::steady_timer.

Asio 在内部同步其工作，并在执行下一个作业之前等待作业完成。使用asio::async_wait(...)来构建我的心跳功能是我的设计缺陷，因为它在等待待处理作业的同一线程上运行。当心跳等待时，它与 Asio 造成了僵局queue::push(...)。这可以解释为什么asio::async_write(...)在我的第一个示例中从未执行完成处理程序。

解决方案是将心跳放在自己的线程上，让它独立于 Asio 工作。我仍在使用我的阻塞队列来同步调用，asio::async_write(...)但已经修改了我的消费者线程以使用std::futureand std::promise。这将回调与我的消费者线程干净地同步。

std::thread networking::heartbeat_worker() {
    return std::thread([&]() {
        while (socket_opened) {

            spdlog::get("console")->trace("heartbeat pending");
            write(heartbeat_message);
            spdlog::get("console")->trace("heartbeat sent");

            std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex);
            socket_closed_event.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(heartbeat_interval), [&]() {
                return !socket_opened;
            });
        }

        spdlog::get("console")->trace("heartbeat thread exited gracefully");
    });
}

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