在多线程环境中从 STL Map 读/写

Question

问题：我需要编写一个函数，该函数从地图中返回输入键的值。如果函数在 map 中找不到值，它将从数据库中获取值，写入 map 以供将来使用并返回相同的值。可以有多个线程调用这个函数。

我在想这条线：

string GetData (const int key)
{

    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); //read lock
    string result = "not found";
    my_map::const_iterator iter = m.find(key);
    if ( iter != m.end() )//found
    {
       result = iter->second;
    }
    else //missing
    {
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); // write lock
        //fetch value from data base


        //if successful, add to the map
          m[key] = "missing data";
          result = "missing data";
     pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // unlock write lock
    }
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // unlock read lock
    return result;
}

这个函数线程安全吗？两个或多个线程是否有可能在写锁上排队并从数据库中查询相同的键？如果是，我该如何避免这种情况？

Answer 1

此函数不是线程安全的，因为它会导致未定义的行为。当您尝试获取写锁时，您已经持有读锁。来自the documentation for pthread_rwlock_wrlock:

如果调用线程在调用 [pthread_rwlock_wrlock] 时持有读写锁（无论是读锁还是写锁），则结果未定义。

此解决方案也不是异常安全的。如果在持有锁的时候抛出异常，锁不会被释放，你的应用程序无疑会死锁。您应该使用 C++ 线程库（Boost.Thread、OpenThreads、just::thread 或类似的东西）提供面向 C++ 的设计，支持 scoped_lock（或 lock_guard）之类的东西。

至于使算法正确，您需要以下内容：

obtain read lock
attempt to find object
if object exists
    return object
else
    release read lock
    obtain write lock
    if object exists
        return object
    else
        insert object
        return object

[如果您使用某种lock_guard，则无需担心返回时释放持有的锁]

Answer 2

未正确实施。你不能在持有读锁的同时持有写锁，因为害怕死锁。从我的 Linux 机器上 pthread_rwlock_wrlock 的手册页：

pthread_rwlock_wrlock() 函数应将写锁应用于 rwlock 引用的读写锁。调用线程获取 如果没有其他线程（读取器或写入器）持有读写锁，则写锁 锁定 rwlock。否则，线程将阻塞，直到它可以获取 锁。 如果在调用时调用线程可能会死锁 使其持有读写锁（无论是读锁还是写锁）。

此外，您应该检查调用的返回值...例如，对同时读取的数量存在实现定义的限制。

还有一些常见的异常安全问题...考虑使用范围保护或 try/catch 块。

Answer 3

一旦你获得了写锁，你可能会修复它再次寻找值。这应该足以解决您描述的问题。比如：

string GetData (const int key)
{

    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); //read lock
    string result = "not found";
    my_map::const_iterator iter = m.find(key);
    if ( iter != m.end() )//found
    {
        result = iter->second;
    }
    else //missing
    {
        // change from read mode to write mode
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // unlock read lock
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); // write lock

        // Try again
        iter = m.find(key);
        if (iter != m.end()) {
            result = iter->second;
        } else {
            //if successful, add to the map
            m[key] = "missing data";
            result = "missing data";
        }
    }
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // unlock read/write lock
    return result;
}