STL Map或HashMap是否线程安全？

Question

在多线程程序中，我能否使用地图或哈希表而不需要锁定？也就是说，它们是否是线程安全的？

我想同时向地图中添加和删除内容。

似乎有很多相互矛盾的信息。

顺便说一下，我正在使用随Ubuntu 10.04附带的GCC STL库。

编辑：就像互联网上的其他信息一样，我似乎得到了相互矛盾的答案？

- hookenz

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您需要地图实时更新的即时响应时间吗？ - Simon

这里的所有回答基本上都说了同样的事情。 - anon

@Neil：大多数情况下都是“不行”的回答，还有一些关于并发性的谣言。 - John Dibling

没有冲突的答案，只是要小心地串起来。 - Artyom

Answer 1

您可以安全地执行同时读取操作，即调用const成员函数。但如果其中一个涉及写入，即调用非const成员函数，则不能进行任何同时操作，并且容器的非const成员函数调用应该是独占的，不能与任何其他调用混合。

也就是说，您不能从多个线程更改容器。因此，您需要使用锁/读写锁来确保访问的安全性。

- Artyom

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我认为这个答案有些令人困惑。从这个答案可以推断出，在进行一个写操作时进行多次读取是线程安全的，这是不正确的。此外，我认为你的意思是同时而不是simulations？ - Naveen

Answer 2

不行。

诚实地说，不行。

编辑

好的，我会加以说明。

你可以拥有任意数量的线程读取相同的映射。这是有意义的，因为读取它不会产生任何副作用，所以无论其他人是否也在读取它都没有关系。

然而，如果你想要写入它，那么你需要获得独占访问权，这意味着防止任何其他线程在你完成之前进行写入或读取。

你最初的问题是关于并行添加和删除的。由于这两个操作都是写入操作，所以它们是否线程安全的答案是简单而明确的“不行”。

- Steven Sudit

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一个没有其他信息的不加限定的“不”对于在这个层次上提问的人来说，可能并不是非常有帮助。 - Nicholas Knight

你不需要阻止任何人做任何事情，你只需要确保在你写作时他们没有在读写。 - Simon

@Simon：您可以通过确保使用适当的同步构造来防止它们。 - Steven Sudit

是的，你可以。你不必这样做，但你可以这样做。 - Simon

Answer 3

TBB是一个免费的开源库，提供线程安全的关联容器。（http://www.threadingbuildingblocks.org/）

- ronag

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首先，它看起来像是要收费的。我认为这是一件不好的事情。 - Steven Sudit

如果没有显式锁定，如何使“mymap [foo] = mymap [foo] + n;”成为线程安全的？Java放弃了线程安全库，这是有原因的！ - Sjoerd

@Sjoerd。正因为这个原因，他们没有实现完全的STL接口。除此之外，它们运行得非常好。你是在谈论无锁库吗？ - ronag

@ronag: Java 在最初的版本中拥有自动锁定容器。然而，他们发现 "mymap [foo] = mymap [foo] + n;" 仍需要显式锁定。因此，在容器内部添加锁定会减慢代码速度，而这并没有帮助！因此，在后来的 Java 版本中添加了新版本的容器，但不包含锁定。 - Sjoerd

.NET的ConcurrentDictionary类通过提供具有不同签名的方法（包括一些带回调函数的方法）来解决这个问题。 - Steven Sudit

Answer 4

STL容器线程安全最常用的模型是SGI模型：

SGI实现的STL只在以下意义上是线程安全的：访问不同容器的同时是安全的，并且对共享容器进行同时读取的访问是安全的。

但最终STL库的作者选择是否支持线程安全——据我所知，标准并没有关于STL线程安全性的规定。

但根据docs所述，在GNU的stdc++实现（gcc 3.0+）中遵循该模型需要满足一系列条件。

希望对您有所帮助。

- Eugen Constantin Dinca

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所以你的意思是，在某些情况下可能会出现这种情况。但最好不要依赖它，对吗？ - hookenz

@Matt：他的意思是标准并不阻止库作者使容器线程安全。一些实现会记录它们的线程安全程度，但这会有所不同。我不知道有任何默认情况下都支持多写入安全的实现。 - KeithB

@Matt：KeithB非常好地概括了答案。 - Eugen Constantin Dinca

Answer 5

答案（像大多数线程问题一样）是它大部分时间都能正常工作。不幸的是，如果在地图调整大小时捕获它，那么你将陷入麻烦。所以不行。

为了获得最佳性能，您需要一个多阶段锁。首先是读取锁，允许访问器访问，这些访问器不能修改地图，并且可以由多个线程持有（多个线程读取项目是可以的）。其次是写锁，它是独占的，允许以可能不安全的方式修改地图（添加、删除等）。

编辑 读写锁很好，但它们是否比标准互斥锁更好取决于使用模式。我无法在不知道更多信息的情况下推荐任何一种。对两者进行分析，看哪个最适合您的需求。

- Daniel

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为了获得最佳性能，您根本不需要任何锁。 - Simon

+1指出允许多个读者但只有一个写者的锁可能比完整锁更好。 - Steven Sudit

@KeithB：我同意STL容器不适合进行高性能的多线程使用。为了获得最佳性能，您需要实现无锁多线程数据结构，例如http://www.codeproject.com/KB/threads/LockFree.aspx#heading0005。 - Simon

@丹尼尔，@史蒂文：读写锁在理论上可能很吸引人，但在实践中往往更昂贵，而且不如普通的锁扩展性好。这是因为与读写锁本身相关联的状态必须以原子方式维护，通常归结为在操作系统原语级别上锁定互斥量。因此，最终你所做的工作与一开始就使用互斥量相同。 - John Dibling

这通常归结为在操作系统原语级别上锁定互斥量。 哎？那CAS指令是用来干什么的呢？ - kert