c++ - 以线程安全的方式使用回调设置类成员

Question

我有下面的类，它允许通过昂贵的计算来设置一个值，我们可以假装计算是在其他线程中异步发生的。该类还有一个获取当前值的方法，如果需要，可能会同步进行该计算:

class Example {
  public:
    Example() : x_(0) {}
    void Set(int x) {
        SomeOtherFunc(x, callback_, false);
    }

    void Finished(int y) {
      x_ = y;
    }

    const int Get() {
      if (!x_) {
          SomeOtherFunc(1, callback_, true);
      }
      return x_;
    }

  private:
    int x_;
    std::function<void(int)> callback_ =
        std::bind(&Example::Finished, this, std::placeholders::_1);
};

让我们假设这个函数:

void SomeOtherFunc(int x, const std::function<void(int)>& func,
                   bool blocking) {
  // Do something expensive, in another thread, possibly blocking.
  func(x * 2);
}

这是我想要的方式:

Example e1, e2;
e1.Set(5);
// "10 2"
std::cout << e1.Get() << " " << e2.Get();

我担心的是以下情况:

Example e;
e.Set(10); // Takes a while
e.Get();   // Need the value now

我的问题:

1. Example 类是线程安全的吗？如果不是，那怎么可能呢？看起来锁可以工作，但可能有点矫枉过正。
2. 由于 SomeOtherFunc 中的工作成本很高，我只想调用该函数一次。在类中有一个标志，每当调用时都设置为 true，并在调用之前进行检查，这似乎是合理的(但它是线程安全的吗？)。问题是，如果我调用 Set 然后立即调用 Get，我希望 Get 返回 x_ 的“最终”值。我怎样才能确保这一点？也就是说，如果设置了该标志，我如何让 Get 以线程安全的方式等待回调完成？

Answer 1

您的 Example 类不是线程安全的，因为可以同时修改整数 x_，这可能会导致未定义的行为(数据竞争)。此外，您的昂贵计算可能会执行多次，因为您在 Get() 中存在竞争条件，方法是检查 x_ 然后调用将设置它的函数。
您需要一种机制来保证 x_ 的值将在完全线程安全的情况下精确计算一次(Set() 和 Get()可以同时调用)。

标准库提供了一种机制来准确解决该问题，call_once()，旨在实现一次性事件，同时共享数据在线程之间正确同步。你可以像这样使用它:

#include <mutex>

class Example {
  public:
    ...

    void Set(int x) {
        std::call_once(flag, SomeOtherFunc, x, callback_, false);
    }

    ...

    const int Get() {
        std::call_once(flag, SomeOtherFunc, 1, callback_, true);
        return x_;
    }

  private:
    std::once_flag flag;
    ...
};

这也处理了 Get() 在您的回调处理结果时必须等待的情况。

请注意，您不再可以(也必须)在 Get() 中检查 x_ 的值，因为这会构成数据竞争(另一个线程可能同时更新 x_)。

另请注意，直接调用回调 Finished() 不是线程安全的。可能最好将其移至 private: 部分。