c++ - 每个线程一个类实例，C++11

Question

我正在为多线程应用程序编写一个日志实用程序，我希望能够以类似 std::cout 的方式调用它:

线程 1:

Logger::log << "First message" << Logger::end;

线程 2:

Logger::log << "Second message" << Logger::end;

一旦 Logger::end 被传递到日志，消息应该被刷新到文件/屏幕/网络/无论日志去向。为了在不混淆消息的情况下处理对日志的并发写入，我的想法是为每个线程设置一个 Logger::log 实例，然后这些实例与一个专用于弹出新消息并将它们写入文件/屏幕等。

我猜想实现的一种方法是让某种多单例返回一个实例，具体取决于哪个线程 ID 正在调用它(也许从线程 ID 映射到存储在 std::map 中的日志)。有没有更好和/或更有效的方法？

是否有其他设计不需要每个线程一个日志实例，我忽略了这一点？ std::cout 如何处理并发访问？

谢谢!

Answer 1

你可以使用 thread_local 单例:

class Logger {
public:
    struct Sentinel{};

    static thread_local Logger log;
    static Sentinel end;

    template<class T>
    Logger& operator<<(T data) {
        stream << data;
        return *this;
    }
    //for endl and so on
    Logger& operator<<(std::ostream& (*pf)(std::ostream&)) {
        pf(stream);
        return *this;
    }

private:
    Logger(){};
    std::stringstream stream;       
};

thread_local Logger Logger::log;
Logger::Sentinel Logger::end;

template<>
Logger& Logger::operator<<<Logger::Sentinel>(Logger::Sentinel data) {
    stream << std::endl;
    std::cout << stream.str();
    stream.str("");
    return *this;
}

另一种可能的语法:

class Logger_t {
public:
    template<class T>
    Logger_t& operator<<(T data) {
        stream << data;
        return *this;
    }
    //for endl and other stream manipulators
    Logger_t& operator<<(std::ostream& (*pf)(std::ostream&)) {
        pf(stream);
        return *this;
    }
    void flush() {
        std::cout << stream.str();
        stream.str("");
    }

private:
    Logger_t(){};
    std::stringstream stream;
    friend Logger_t& Logger();
};

Logger_t& Logger() {
    thread_local Logger_t logger;
    return logger;
}

用法:

int main() {
    Logger() << "test1 " << "test2" << std::endl;
    Logger() << "test3" << std::endl;
    Logger().flush();
    Logger() << "test4" << std::endl; // <-- Not flushed
}

输出:

test1 test2
test3

编辑:
我重新审视了我的答案，虽然它展示了总体思路，但具体示例有一些注意事项:

1. 同时 std::cout默认情况下是线程安全的，来自多个并行调用的单个字符 operator<<仍然允许交错。据我所知，这至少不会发生在 Ubuntu 上的 gcc 和 clang 上，但要真正便携，您可能必须保护对 std::cout 的任何访问。或您的日志系统使用的任何内容。
2. 您必须确保没有人将对 Logger 实例的引用传递给另一个线程。我不知道为什么要这样做，但这对其他用户来说可能是一个令人惊讶的限制，因为“普通”单例并非如此。因此，将缓冲区变量设置为 stream 可能会更好。 thread_local而不是记录器。