STL的empty()函数是否线程安全？

Question

我有多个线程在修改STL向量和STL列表。
如果容器为空，我想避免使用锁。

下面的代码是否线程安全？ 如果items是列表或映射，会发生什么情况？

class A  
{  
    vector<int> items  
    void DoStuff()  
    {  
        if(!items.empty())  
        {  
            AquireLock();  
            DoStuffWithItems();  
            ReleaseLock();  
        }  
     }  
}  

- cpp dev

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感谢回复。为了澄清问题： 另一个线程将添加项目。没有其他线程会从项目中删除 - 删除仅会在DoStuffWithItems（）内部发生，而且只有一个线程调用DoStuff（）。 如果另一个线程正在添加内容，则items.empty（）返回false是可以的。如果items.empty（）导致应用程序崩溃，那就不行了。 - cpp dev

Answer 1

这要看你的期望是什么。其他答案都正确地指出，通常情况下，标准C++容器不是线程安全的，并且更进一步地，特别是在调用empty和获得锁之间，你的代码没有防范另一个线程修改容器（但这与vector::empty的线程安全无关）。

因此，为了避免任何误解：你的代码不能保证items在该块内为空。 但你的代码仍然有用，因为你只想避免重复创建锁。你的代码不能提供保证，但它可能会避免不必要的锁创建。它并不适用于所有情况（其他线程仍然可以在检查和锁定之间清空容器），但在某些情况下可以使用。如果你只想通过省略冗余锁来进行优化，那么你的代码可以实现这个目标。

只需确保对容器的任何实际访问都受到锁的保护。

顺便说一下，上述内容严格来说是未定义行为：STL实现理论上允许在调用empty时修改mutable成员。这意味着明显无害（因为只读）的empty调用实际上可能会导致冲突。不幸的是，你不能指望假设只读调用与STL容器是安全的。

在实践中，我非常确定vector::empty不会修改任何成员。但是对于list::empty，我就不那么确定了。如果你真的想要保证，那么要么锁定每次访问，要么不使用STL容器。

- Konrad Rudolph

Answer 2

STL 中的容器和算法没有任何线程安全的保证。

所以，不行。

- Klaim

Answer 3

正如已经回答的那样，上面的代码不是线程安全的，必须在实际对容器进行任何操作之前进行锁定。 但是，以下代码应该比始终锁定具有更好的性能，我想不出它可能不安全的原因。 这里的想法是锁定可能很昂贵，我们尽可能避免它，只在真正需要时使用。

class A
{
    vector<int> items;  
    void DoStuff()  
    {  
        if(!items.empty())  
        {  
            AquireLock();
            if(!items.empty())
            {
                DoStuffWithItems();  
            }
            ReleaseLock();  
        }
     }
 }  

- Tigran Ghahramanyan

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假设empty()需要在分配的块中检查一个值，但是在调用期间该块被另一个线程重新分配。这将使empty()本身变得不安全。为了使其安全，需要仔细设计原子操作，并且不能保证库的下一个版本不会再次将其改为不安全。 - Mark Ransom

我正在努力理解在那种情况下会出现什么问题。如果另一个线程正在向容器中插入数据，那么这个检查可能会返回true，而不是false，对吗？因此，我们可能会错过循环的一次迭代，但是下一次没有与其他线程竞争的迭代最终会按预期工作。我是否遗漏了一些重要的东西？ - Tigran Ghahramanyan

如果进行空检查需要使用指向已分配内存的指针，并且其他线程导致该指针失效，那么你不仅可能得到错误的答案，还可能完全破坏程序。 - Mark Ransom

Answer 4

无论empty是否线程安全，按照你现在的写法，代码不会实现你的目标。

class A  
{  
    vector<int> items  
    void DoStuff()  
    {  
        if(!items.empty())  
        {  
            //Another thread deletes items here.
            AquireLock();  
            DoStuffWithItems();  
            ReleaseLock();  
        }  
     }  
}  

更好的解决方案是在使用 items 时（遍历、获取元素、添加元素、检查数量/是否为空等）每次都进行锁定，从而提供自己的线程安全性。因此，首先获取锁，然后检查向量是否为空。

- Brian

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你的观点（//另一个线程在此处删除项目。）很清楚。然而，显然你可以在获取锁之后检查empty()以确保。 - user184968

@skwllsp：有道理。如果empty()是线程安全的，先检查是否为空，然后锁定，再重新检查可能会避免不必要的锁定。 - Brian

Answer 5

STL 不是线程安全的，而且还是空的。如果你想让容器变得安全，你必须通过互斥锁或其他同步关闭所有其方法。

- Sanja Melnichuk