c++ - STL 和多线程

Question

我知道，当我在多个线程中对单个 STL 容器执行操作时，我需要使用互斥体。但是我想知道这条规则是否有任何异常(exception)。请考虑我正在尝试实现的简化场景。

我有多个线程向容器添加元素，并且操作被互斥锁/解锁包围。然后线程以某种方式通知(例如在 linux 上使用 eventfd)专用于调度此容器中元素的单个线程。我想要做的是在不使用互斥锁的情况下访问容器中的第一个元素。基于双端队列的示例代码，但请注意，我可以使用任何具有队列功能的容器:

std::mutex     locker;
std:deque<int> int_queue;
int            fd; // eventfd
eventfd_t      buffer;
bool           some_condition;

线程 1、2、3 等

locker.lock ();
int_queue.push_back (1);
locker.unlock ();

eventfd_write (fd, 1);

专用于调度元素的线程:

while (true)
{
    bool some_condition (true);

    locker.lock ();
    if (int_quque.empty () == false)
    {
        locker.unlock ();
    }
    else
    {
        locker.unlock ();
        eventfd_read (fd, &buffer);
    }

    while (some_condition)
    {
        int& data (int_queue.front ());

        some_condition = some_operation (data); // [1]
    }

    locker.lock ();
    int_queue.pop ();
    locker.unlock ();
}

[1] 我会多次对 signle 元素执行 some_operation() ，这就是为什么我想在这里避免互斥锁。太贵了。

我想知道这段代码是否会导致任何同步问题或其他问题。

Answer 1

您需要的是引用稳定性。 IE。如果当容器被 push_back 时对第一个元素的引用没有失效，则可以这样使用容器。即便如此，您还是希望获得对锁下前面元素的引用。

我更熟悉用于事件通知的 std::condition_variable，所以我将使用它:

#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <deque>

std::mutex              locker;
std::deque<int>         int_queue;
std::condition_variable cv;

void thread_1_2_3()
{
    // use lock_guard instead of explicit lock/unlock
    //    for exception safety
    std::lock_guard<std::mutex> lk(locker);
    int_queue_.push_back(1);
    cv.notify_one();
}

void dispatch()
{
    while (true)
    {
        bool some_condition = true;
        std::unique_lock<std::mutex> lk(locker);
        while (int_queue.empty())
            cv.wait(lk);
        // get reference to front under lock
        int& data = int_queue.front();
        lk.unlock();
        // now use the reference without worry
        while (some_condition)
            some_condition = some_operation(data);
        lk.lock();
        int_queue.pop_front();
    }
}

23.3.3.4 [deque.modifiers] 关于 push_back 的说法:

An insertion at either end of the deque invalidates all the iterators to the deque, but has no effect on the validity of references to elements of the deque.

这是让您在锁定之外卡在该引用上的关键。如果 thread_1_2_3 在中间开始插入或删除，那么您就不能再卡在这个引用上了。

您不能以这种方式使用vector。但是您可以这样使用 list。检查您要以这种方式使用的每个容器的引用稳定性。