c++ - 一个简单的非锁定读取并发映射的算法？

Question

我正在尝试编写一个线程安全的映射，但从不在读取时锁定或阻塞。我的尝试是使用在写入时复制的只读映射。这个想法是 get() 是无锁的，而 put() 将当前只读的底层映射复制到一个新映射，执行 put，并换出新 map 的当前底层 map 。 (是的，put() 效率低下，因为它复制了整个 map ，但我不关心我的用例)

我第一次使用 std::atomic<*StringMap> 作为只读映射 但是 这有一个巨大的错误，可能是由于我的 java 背景。 get() 以原子方式获取指向底层映射的指针，加载时它可能是也可能不是当前映射(这没问题)。但是 put() 会在将底层 map 换成新 map 后将其删除。如果 get() 在旧 map 被删除时调用它，这显然会崩溃。

我的一个 friend 建议使用 shared_ptr，但他不确定 shared_ptr 操作是否在幕后进行任何锁定。 尽管文档说它是线程安全的。 编辑: 正如 nosid 指出的那样，它不是线程安全的，我需要来自 std::atomic 的特殊原子操作。

所以我的问题是:1. 这个算法可行吗？ 2. shared_ptr 操作是否进行任何锁定，尤其是在访问时？

#include <unordered_map>
#include <atomic>
#include <pthread.h>
#include <memory>

typedef std::unordered_map<std::string, std::string> StringMap;

class NonBlockingReadMap {
private:
    pthread_mutex_t fMutex;    
    std::shared_ptr<StringMap> fspReadMapReference;


public:

    NonBlockingReadMap() {
        fspReadMapReference = std::make_shared<StringMap>();
    }

    ~NonBlockingReadMap() {
        //so, nothing here?
    }

    std::string get(std::string &key) {
        //does this access trigger any locking?
        return fspReadMapReference->at(key);
    }

    void put(std::string &key, std::string &value) {
        pthread_mutex_lock(&fMutex);
        std::shared_ptr<StringMap> spMapCopy = std::make_shared<StringMap>(*fspReadMapReference);
        std::pair<std::string, std::string> kvPair(key, value);
        spMapCopy->insert(kvPair);
        fspReadMapReference.swap(spMapCopy);
        pthread_mutex_unlock(&fMutex);
    }

    void clear() {
        pthread_mutex_lock(&fMutex);
        std::shared_ptr<StringMap> spMapCopy = std::make_shared<StringMap>(*fspReadMapReference);
        fspReadMapReference.swap(spMapCopy);
        spMapCopy->clear();
        pthread_mutex_unlock(&fMutex);
    }

};

Answer 1

您的代码在 std::shared_ptr 上包含一个数据竞争，并且具有数据竞争 的程序的行为在 C++ 中未定义。

问题是:std::shared_ptr 类不是线程安全的。但是std::shared_ptr有特殊的原子操作，可以用来解决问题。

您可以在以下网页上找到有关这些原子操作的更多信息:

• http://en.cppreference.com/w/cpp/memory/shared_ptr/atomic