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c++ - 没有锁的独立物理线程

coder 2024-02-01 原文

我有一个经典的物理线程与图形线程问题:

假设我运行一个线程用于物理更新，一个线程用于渲染。

在物理线程中(伪代码):

while(true)
{
  foreach object in simulation

     SomeComplicatedPhysicsIntegration( &object->modelviewmatrix);
     //modelviewmatrix is a vector of 16 floats (ie. a 4x4 matrix)
}

在图形线程中:

while(true)
{
  foreach object in simulation
    RenderObject(object->modelviewmatrix);
}

现在理论上这不需要锁，因为一个线程只写入矩阵而另一个线程只读，我不太关心过时的数据。

更新矩阵不是原子操作的问题，有时图形线程将只读取部分更新的矩阵(即不是所有 16 个 float 都被复制，只有一部分)这意味着矩阵的一部分来自一个物理框架和部分来自前一框架，这反过来意味着矩阵不再仿射(即它基本上已损坏)。

有什么好的方法可以在不使用锁的情况下防止这种情况发生吗？我阅读了有关使用双缓冲的可能实现的信息，但我无法想象在不同步线程的情况下可行的方法。

编辑:我想我真正想使用的是某种三重缓冲，就像他们在图形显示器上使用的那样。有人知道三重缓冲算法的一个很好的介绍吗？

编辑 2: 使用非同步三重缓冲确实不是一个好主意(如以下答案中所建议)。物理线程可以运行多个循环，消耗大量 CPU 并使图形线程停滞，计算最终甚至从未渲染过的帧。

我选择了一种带有单锁的简单双缓冲算法，其中物理线程在交换缓冲区之前仅比图形线程提前 1 帧进行计算。像这样:

物理:

while(true)
{
  foreach physicstimestep
   foreach object in simulation    
      SomeComplicatedPhysicsIntegration( &object->modelviewmatrix.WriteBuffer);
  LockSemaphore()
  SwapBuffers()
  UnlockSemaphore()
}

图形:

 while(true)
    {
     LockSemaphore()
      foreach object in simulation
        RenderObject(object->modelviewmatrix.ReadBuffer);
     UnlockSemaphore()
    }

听起来怎么样？

最佳答案

您可以在两个线程之间维护一个共享队列，并实现物理线程，使其仅在完全填充矩阵中的所有值后才向队列中添加一个矩阵。这假设物理线程在每次迭代时分配一个新矩阵(或者更具体地说，一旦矩阵被放入队列中，它们就被视为只读)。

因此，无论何时您的图形线程从队列中拉出一个矩阵，都可以保证它被完全填充并且是生成矩阵时模拟状态的有效表示。

请注意，图形线程需要能够处理一次或多次迭代中队列为空的情况，并且为每个队列条目添加世界时间戳可能是个好主意，这样您就有了一种机制在不使用任何正式同步技术的情况下保持两个线程合理同步(例如，不允许图形线程使用任何具有 future 时间戳的矩阵，如果下一个矩阵来自过去太远了)。另请注意，您使用的任何队列都必须实现，如果物理线程试图在图形线程删除某些内容的同时添加某些内容，则它不会爆炸。

关于c++ - 没有锁的独立物理线程，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/6562257/

amp43sectionobjectmodelviewmatrixc++multithreading

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