使STL对象线程安全的标准方法是什么？

Question

我需要一些线程安全的STL容器。

基本上，我想每个STL容器对象只需要添加2个方法即可。

.lock()

.unlock()

我可以把它分成几个部分。

.lockForReading()
.unlockForReading()
.lockForWriting()
.unlockForWriting()

这种方式可以允许多个并行读锁，但如果有写锁存在，则同时读写都会被阻塞。

尝试进行写锁定时，需要等待读取锁定信号量降至0。

是否有标准的方法来实现这一点？

我计划的方式是错误的或者短视的吗？

- bobobobo

Answer 1

标准的方法是在构造函数中获取锁，在析构函数中释放锁。这更常被称为资源获取即初始化（RAII）。我强烈建议您使用这种方法，而不是

.lock()

.unlock()

这是不具备异常安全性的。在抛出异常之前，很容易忘记解锁互斥量，导致下一次尝试锁定时死锁。

在 Boost.Thread 库中有几种同步类型将对您有用，特别是boost::mutex::scoped_lock。建议您使用boost::mutex或其等效物，并在每次访问容器时实例化一个boost::mutex::scoped_lock，而不是在要从多个线程访问的任何容器中添加lock()和unlock()方法。

- Sam Miller

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我认为这与问题无关。 - Diego Sevilla

@Sam：不，RAII与此无关。RAII是指何时以及如何锁定和释放互斥锁。他或她正在询问提供标准线程安全性给标准容器的方法是什么。可以添加锁定/解锁（可撤销）或其他方式。 - Diego Sevilla

@bobobobo：是的，有了互斥锁的加锁和解锁。Miller是正确的-在这种情况下应该使用RAII来确保解锁互斥锁，如果您选择这条路的话。也就是说，您将拥有某种类型的LockObject Lock()，它将在LockObject被销毁时自动解锁，并不提供显式的Unlock()调用。 - Puppy

好的，我明白了。你不想要一个.lock()方法，因为有些意外情况可能会阻止在块结束时调用.unlock()方法，但是如果由于栈分配变量的对象销毁而导致调用.unlock()，则任何调用.lock()的函数中的早期返回都将保证释放锁。这里提出了一个很好的观点。 - bobobobo

好的答案，措辞不太恰当 =) - bobobobo

Answer 2

这真的很糟糕。外部代码将无法识别或理解您的线程语义，而容器中对象的别名易于获取，使它们成为贫穷的线程安全接口。

线程安全发生在 设计 时间。你不能通过在问题上投掷锁来解决线程安全问题。您可以通过不让两个线程同时写入相同的数据来解决线程安全 - 当然，在一般情况下。但是，除了直接线程同步原语，特定对象没有处理线程安全的责任。

您可以拥有并发容器，旨在允许并发使用。但是，它们的接口与标准容器所提供的接口 极其 不同。例如，容器中的对象别名较少，并且每个单独的操作都被封装。

- Puppy

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好的，听起来不错。如果对这些共享队列的读写相对不频繁/不是性能关键，则避免错误对我来说比其他任何事情都更重要——你所说的“并发容器”在哪里？ - bobobobo

@bobobobo：你可以在英特尔的线程构建块和微软的并行模式库中找到它们 - 都是专有的。如果你勇敢的话，你可能会在谷歌上找到各种实现，或者根据它们公开可用的文档自己编写。 - Puppy

目前，您可以下载 TBB开源软件。 - bobobobo

@bobobobo：哦，我以为它是商业软件。那就做吧，如果你能的话。 - Puppy

Answer 3

这有一个标准的方法吗？

没有，这是有原因的。

我计划的方式是错误或者短视的吗？

想要同步访问单个容器对象并不一定是错误的，但是在容器类的接口中放置同步（如DeadMG所说：对象别名等）往往是错误的。

就我个人而言，我认为TBB和concurrent_vector之类的工具可能过于复杂，或者仍然不适合“简单”的同步问题。

我发现通常只需向持有容器的类添加一个(私有)锁对象，并将访问容器对象的2或3个访问模式包装起来，这就足够了，而且对于后续的其他人来说，这样做会更容易理解和维护。

- Martin Ba

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concurrent_vector的重点在于无需担心push_back和读操作的同步问题，这并不是过度设计。但是，concurrent_vector没有.erase()方法，如果你要使用.clear()，你必须意识到这不是线程安全的。因此，它并不像人们原本希望的那样轻松自如。 - bobobobo

此外，即使您使用了concurrent_vector，很可能在更高的级别上仍会存在并发问题，因为不同线程中的函数在修改数据时仍然会相互干扰。因此，Martin的设计建议非常好。 - Sumudu Fernando

Answer 4

Sam：你不需要一个.lock()方法，因为有些意外情况可能会阻止在块结束时调用.unlock()方法，但是如果.unlock()作为栈分配变量的对象销毁的结果被调用，则任何调用.lock()的函数中的早期返回都将保证释放锁。

DeadMG： 英特尔的线程构建块（开源）可能是您要寻找的东西。

还有Microsoft的concurrent_vector和concurrent_queue，这已经随Visual Studio 2010一起提供了。

- bobobobo

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这是一个注释吗？ - Sam Miller

这是应该被接受的答案！！ - bobobobo