同时写入vector<bool>

Question

同时写入vector<bool>

c++multithreadingc++11vector

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我知道从std::vector中并发读取是可能的，没有"坏"后果，因为这个操作可以被认为是线程安全的。

但是对于写入操作，情况并非总是如此。然而，我在思考是否在我的特定场景中也是如此。

我有一个std::vector<bool>，其中所有元素都初始化为false，给定一个索引数组，我需要将这些元素(vector[index]的每个索引)的值从false更改为true。

如果我为每个索引使用不同的线程(有可能某些索引具有相同的值)，那么这个操作可以被视为线程安全吗?

如果向量是std::vector<int>(或任何基本类型)，并且分配的值始终相同(例如1)，这个操作仍然可以被认为是线程安全的吗？

- Nick

在并发访问时，向量的大小是否保持不变？ - decltype_auto

@decltype_auto 是的，向量的大小保持不变。 - Nick

这个问题之前在SO上已经有过讨论。请参见：https://dev59.com/1W855IYBdhLWcg3wbztl https://dev59.com/Qmox5IYBdhLWcg3wr2Po https://dev59.com/YGDVa4cB1Zd3GeqPd303 - Craig Estey

如果你有“索引数组”，则使用带有indirect_array访问的std::valarray<bool>可能适合你。但这与你的并发主题无关。 - decltype_auto

请注意，@CraigEstey，这个问题更具体。 - Nick

@Nick 你说每个索引都有不同的线程，但是有些索引具有相同的值？假设写入的值相同，则可能是线程安全的，但如果是这样，为什么要费心呢？对于某些架构，存在缓存一致性问题。更大的上下文/问题是什么-这可能会有所不同。您是否尝试进行“无锁”操作（而不是互斥量）？在cppcon上有一个长达2小时的视频介绍了这个问题-它并不像看起来那么简单。在某些情况下，加锁版本可能会更快。我已经做过很多多线程，但在这里有点困惑。 - Craig Estey

2个回答

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[container.requirements.dataraces]/2说：

尽管存在（17.6.5.9），但实现在同一容器中不同元素的包含对象的内容被并发修改时，除了vector<bool>之外，必须避免数据竞争。

因此，在不使用vector<bool>容器时，您可以安全地从不同线程修改同一标准库容器中的不同元素。

- Casey

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可以查看英文原文，
原文链接

- Felix Dombek · Accepted Answer

vector<bool>的并发写入永远不可行，因为其底层实现依赖于类型为vector<bool>::reference的代理对象，该对象会表现为对bool的引用，但实际上会根据需要获取和更新位域字节。

在没有同步的情况下使用多个线程时，可能会发生以下情况：线程1应该更新一个位，读取包含它的字节。然后线程2读取相同的字节，然后线程1更新一个位并将字节写回，然后线程2更新另一个位并将字节写回，覆盖了线程1的编辑。

这只是可能发生的一种情况，还有其他可能导致相同类型的数据损坏的情况。

在vector<int>的情况下，如果您绝对“确定”所有线程都将相同的值写入向量，则此操作通常不会导致数据损坏。但是，标准当然总是特别小心，并将所有并发访问内存位置（其中至少有一个是写访问）定义为未定义的行为：

如果其中一个修改了一个内存位置而另一个读取或修改了同一个内存位置，则两个表达式计算冲突。— intro.races/2

因此，只要您在两个不同的线程中对同一元素进行任何修改操作，就会出现竞争条件，需要适当的同步，例如使用std::atomic<int>。