线程间共享数据的问题

caixuf / 2023-07-16 / 原文

线程间共享数据的问题

多线程共享数据的问题多由数据改动引起
破坏数据结构不变量的恶性条件竞争是会引起问题的
解决的方式有,控制对数据结构的访问,有互斥实现,还有修改数据结构的设计及其不变量,由一连串不可拆分的改动完成.这通常被称为无锁编程,还有一种事务的方法,核心思想是单独操作然后一步提交
互斥,通过标记访问数据结构的所有代码,令各种线程在其上相互排斥,实现是利用锁mutex实现
为了防止忘记解锁,使用lock_guard,它使用了RAII的手法
运用互斥保护的代码应该不要往外界传出指向要保护数据的指针
要发现接口固有的条件竞争,如statck的top和pop,重新设计接口是唯一的解决方案

举例,线程安全的栈

#include <exception>
#include <memory>
#include <mutex>
#include <stack>
struct EmptyStack : std::exception
{
  const char * what() const throw();
};
template<class T>
class ThreadSafeStack
{
  private:
      std::stack<T> data;
      mutable std::mutex m;
  public:
      ThreadSafeStack(){}
      ThreadSafeStack(const ThreadSafeStack & other)
      {
          std::lock_guard<std::mutex> lock(other.m);
          data = other.data;
      }
      ThreadSafeStack & operator=(const ThreadSafeStack&) = delete;
      void push(T newValue)
      {
          std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
          data.push(std::move(newValue));
      }
      std::shared_ptr<T> pop()
      {
          std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
          if(data.empty()) throw EmptyStack();
          std::shared_ptr<T> const res(std::make_shared<T>(data.top()));
          data.pop();
          return res;
      }
      void pop(T& value)
      {
          std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
          if(data.empty()) throw EmptyStack();
          value = data.top;
          data.pop();
      }
      bool empty() const
      {
          std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
          return data.empty();
      }
}