互斥映射数据结构

Question

问题

• 我有一个目录 D，我想将 (K, V) 对放入其中
• void save(K, V) 将文件名 K 和内容 V 保存到目录 D
  • 具有“即发即弃”语义 - 函数可能会在实际将文件保存到磁盘之前返回
• 目录D 是类C 定义save 函数的字段
• 对void save(K, V) 的调用应该同时运行
  • 使用tbb::task 进行并发
  • 不能同时运行对同一密钥的两次文件写入
  • 也就是说，如果两个线程同时调用save(K, V1)和save(K, V2)，结果应该是D中一个名为K的文件，其内容等于either@ 987654336@ 或 V2（但未损坏）

计划的方法

• 选择一个哈希函数H，将K映射到std::size_t
• 选择一个整数N > 1
• 给类C一个互斥体数组tbb::mutex mutex_map[N]
• void save(K, V) 等待获取对 mutex_map[H(K) % N] 的锁定以执行其文件写入

问题

• 这是一种明智的做法吗？
• 您能想出一个比这更有优势的替代方案吗？
• 是否有一些tbb 数据结构已经封装了互斥映射的这个概念？
  • 想像 std::map<TKey, tbb::mutex> 这样的东西，但界面显示每个可能的键同时具有关联的互斥锁。

Answer 1

是的，这是一种非常明智的做法。我想不出替代方案（除了使用std::mutex 而不是tbb:mutex 的琐碎替代方案。）

您应该选择N 与您认为将同时锁定的互斥锁的数量相比较大。 birthday paradox 表示，如果您希望有 k 个线程同时尝试锁定，那么在您得到 N > o 之前，至少发生一次虚假哈希冲突的概率大于 50% (k²).

我不知道 tbb 数据结构类似于互斥体映射。但是在内部我相信 tbb::malloc 使用了你建议的技巧（线程被随机分配给独立的 malloc 数据结构），并且 tbb::concurrent_hash_map 的实现使得每个都有一个互斥锁哈希桶。

Answer 2

我的后代实现

#include <vector>
#include <functional>
#include <tbb/mutex.h> //could of course use std::mutex instead, if available

template <typename Key, typename Hash = std::hash<Key>>
class mutex_map
{
public:
    typedef Key key_type;
    typedef tbb::mutex value_type;
    static const std::size_t default_bucket_count = 16;

private:
    std::vector<value_type> mutexes;
    Hash hash;

public:
    mutex_map(
        std::size_t bucket_count = default_bucket_count,
        const Hash& hash = Hash())
        : hash(hash)
    {
        mutexes.resize(bucket_count);
    }

    std::size_t size() const
    {
        return mutexes.size();
    }

    value_type& get(const Key& key)
    {
        auto n = hash(key) % size();
        n += (n < 0) * size();
        return mutexes[n];
    }
};