如何使带有 std::execution::par_unseq 线程安全的线程？答案

【问题标题】：How to make threads with std::execution::par_unseq thread-safe?如何使带有 std::execution::par_unseq 线程安全的线程？
【发布时间】：2021-11-18 20:03:29
【问题描述】：

我正在阅读 C++ 并发操作。它说当你使用 std::execution::par 时，你可以使用每个内部元素的互斥锁，如下所示。

#include <mutex>
#include <vector>

class X {
  mutable std::mutex m;
  int data;

 public:
  X() : data(0) {}
  int get_value() const {
    std::lock_guard guard(m);
    return data;
  }
  void increment() {
    std::lock_guard guard(m);
    ++data;
  }
};

void increment_all(std::vector<X>& v) {
  std::for_each(v.begin(), v.end(), [](X& x) { x.increment(); });
}

但是它说当你使用 std::execution::par_unseq 时，你必须用下面这样的整个容器互斥体替换这个互斥体

#include <mutex>
#include <vector>

class Y {
  int data;

 public:
  Y() : data(0) {}
  int get_value() const { return data; }
  void increment() { ++data; }
};

class ProtectedY {
  std::mutex m;
  std::vector<Y> v;

 public:
  void lock() { m.lock(); }
  void unlock() { m.unlock(); }

  std::vector<Y>& get_vec() { return v; }
};

void incremental_all(ProtectedY& data) {
  std::lock_guard<ProtectedY> guard(data);
  auto& v = data.get_vec();
  std::for_each(std::execution::par_unseq, v.begin(), v.end(),
                [](Y& y) { y.increment(); });
}

但是即使你使用第二个版本，并行算法线程中的 y.increament() 也存在数据竞争条件，因为并行算法线程之间没有锁。

带有 std::execution::par_unseq 的第二个版本如何是线程安全的？

【问题讨论】：

标签： c++ concurrency c++17 mutex parallel.foreach

【解决方案1】：

它只是线程安全的，因为您不会在并行算法中访问共享数据。

唯一并行执行的是对y.increment() 的调用。这些可以以任何顺序发生在任何线程上，并且可以任意相互交错，即使在单个线程中也是如此。但是y.increment() 只访问y 的私有数据，并且每个y 都与所有其他向量元素不同。所以这里没有数据竞争的机会，因为各个元素之间没有“重叠”。

如果increment 函数还访问某个在向量的所有不同元素之间共享的全局状态，则另一个示例是。在这种情况下，现在有可能发生数据竞争，因此需要同步对共享全局状态的访问。但是由于并行无序策略的具体要求，这里不能只使用互斥锁进行同步。

请注意，如果在并行算法的上下文中使用互斥锁，它可以防止不同的危害：一种用途是使用互斥锁在执行 for-each 的不同线程之间进行同步。这适用于并行执行策略，但不用于并行未排序。这不是您的示例中的用例，因为在您的情况下没有共享数据，因此我们不需要任何同步。相反，在您的示例中，互斥锁仅将 for-each 的调用与可能仍作为更大应用程序的一部分运行的任何 other 线程同步，但在 for-each 本身内没有同步。这对于并行和并行未排序都是一个有效的用例，但在后一种情况下，它不能通过使用每个元素的互斥体来实现。

【讨论】：