C++11 STL容器与线程安全性

Question

我很难找到关于此事的最新信息。

C++11版本的STL容器是否保证了一定程度的线程安全？

考虑到性能问题，我不认为它们会有，但另一方面，这就是我们拥有 std::vector::operator[] 和 std::vector::at 的原因。

- Šimon Tóth

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我的猜测是，边界检查与互斥锁等操作在性能方面完全不同。但我可能错了。 - Constantinius

在容器访问层面上的线程安全通常是无用的，因为你想要编写像是“cash[i] = cash[i] + total”这样的代码，而且锁定需要在容器本身以上的更高级别处进行。 - jcoder

一个相关问题 安全的并行只读访问STL容器 - Bo Persson

有相当多的保证（在 [res.on.data.races]、[container.requirements.dataraces] 以及前置章节 [intro.multithread] 中）。@Mr.C64 的回答非常到位，如果你需要更具体的答案（可能包含标准引用），请调整问题。 - avakar

@avakar 如果您能为引用制作一个答案，那将是非常好的。我有标准答案，但关闭问题并提供详尽的答案会更好。 - Šimon Tóth

Answer 1

由于现有的回答没有涵盖它（只有一个评论），因此我将提到当前C ++标准规范的23.2.2 [container.requirements.dataraces]，其中说：

当在同一个序列中不同元素的包含对象的内容被同时修改时（除了vector<bool>），实现必须避免数据竞争。

也就是说，安全地访问同一容器的不同元素是安全的，例如，您可以拥有一个全局的std::vector<std::future<int>>，其中包含十个元素，并且有十个线程，每个线程都写入向量的不同元素。

除此之外，与标准库的其余部分相同的规则适用于容器（请参见17.6.5.9 [res.on.data.races]），正如Mr.C64的回答所述，另外[container.requirements.dataraces]列出了一些容器的非const成员函数，可以安全地调用它们，因为它们仅返回对元素的非const引用，它们实际上不会修改任何东西（通常任何非const成员函数都必须被认为是修改。）

- Jonathan Wakely

Answer 2

我认为STL容器提供以下基本的线程安全保证：

• 同一对象的同时读取是可以的。

• 不同对象的同时读/写操作是可以的。

但如果你想进行其他操作，例如对同一个对象进行同时写入，那么就必须使用某种形式的自定义同步（例如关键区域）。

- Mr.C64

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在这个上下文中，“object”的意思是“元素”还是“容器”？ - Šimon Tóth

例如，在不同的线程中同时执行myvec[0] = 0和myvec[1]是可以的吗？如果“对象”是容器，那么这就是对同一对象的读写操作，但如果“对象”是元素，则不是。您还可以将容器想象成一个伸展树，其中对容器的同时读取是不允许的，但是如果有保证同时读取是可以的，那么std::map不能被实现为在这方面不安全的伸展树。 - Steve Jessop

@Let_Me_Be: 在这种情况下，“object”等同于“容器”。 - Mr.C64

@SteveJessop，当同时进行 myvec[1] 操作时，myvec[0] = 0 可能会出现问题。对于顺序容器的 operator[] 操作必须避免数据竞争（[container.requirements.dataraces]/1）。但这并不适用于无序和关联式容器。 - avakar

@JonathanWakely，我基于n3337/23.2.2/1进行了这个：为避免数据竞争（17.6.5.9），实现应将以下函数视为const：begin、end、[...]以及除关联或无序关联容器之外的operator[]。 - avakar

Answer 3

不要使用STL容器，而是尝试使用PPL或Intel TBB进行线程安全容器操作。

正如其他人所指出的那样，它们具有通常的“多读线程安全性”，但这甚至在C++11之前就已经存在了。当然，这并不意味着单个写入者多个读取者。它意味着没有写入者。 :)

- NoSenseEtAl

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但那甚至是在C++11之前。不，它不是。C++03甚至不知道什么是线程。因此，它不指定处理线程的行为。 - Nicol Bolas

他没有询问编译器如何实现标准。他关心的是标准提供了什么"保证"; 因此，实现提供的"保证"是无关紧要的。 - Nicol Bolas

实际上，“最重要的前两个字符”是错误的，因为其他答案已经清楚地表明确实有某种程度的线程安全性保证，即使只是对于同时读取而没有任何写入，或者特定的函数。因此，一个明确的“否定”太过笼统，无法在任何方面正确。 - Christian Rau

我认为多个读者并不值得注意（尽管我很久以前就添加了这个功能，以免人们感到困惑，直到有人在评论中抱怨）。但是也许我不像普通的开发者那样（从某种意义上说，我认为读取安全性是微不足道的 - 请参见我的第一条评论）。 - NoSenseEtAl

@NoSenseEtAl：“我认为多个读者并不值得注意。” 但他没有问你认为什么值得注意。他要求事实：“C++11版本的STL容器是否有一定程度的线程安全性保证？” 事实上的答案是“是的”，因为标准确实有一定程度的保证。 - Nicol Bolas