多线程中的 C++ 对象答案

【问题标题】：C++ objects in multithreading多线程中的 C++ 对象
【发布时间】：2011-07-20 20:54:41
【问题描述】：

当一个类的单个实例/对象在不同线程之间共享时，我想询问 C++ 中的线程安全（例如使用带有 C++ 包装器的 POSIX 线程）。例如，A 类的单个对象的成员方法将在不同的线程中调用。关于线程安全，我应该/可以做些什么？

class A {
    private:

    int n;

    public:

    void increment()
    {
        ++n;
    }

    void decrement()
    {
        --n;
    }
};

我应该在递增/递减方法中使用锁或其他东西来保护类成员 n 吗？静态（类变量）成员也需要锁吗？
如果成员是不可变的，我不必担心，对吧？
有什么我现在无法预见的吗？

除了多线程中的单个对象的场景，多线程的多个对象呢？每个线程拥有一个类的实例。除了静态（类变量）成员之外还有什么特别的吗？

这些都是我的想法，但我相信这是一个很大的话题，如果你有很好的资源并参考之前的讨论，我会很高兴。

问候

【问题讨论】：

标签： c++ multithreading thread-safety

【解决方案1】：

建议：不要尝试手动操作。使用一个好的多线程库，比如来自 Boost 的那个：http://www.boost.org/doc/libs/1_47_0/doc/html/thread.html

这篇来自英特尔的文章会给你一个很好的概述：http://software.intel.com/en-us/articles/multiple-approaches-to-multithreaded-applications/

【讨论】：

【解决方案2】：

这是一个非常大的话题，可能不可能在这个线程中完成这个话题。黄金法则是“你不能在别人写作的时候阅读”。因此，如果您有一个共享变量的对象，则必须在访问共享变量的函数中加锁。

很少有这种情况不是真的。第一种情况是整数，你可以使用 c-smile 所示的原子函数，在这种情况下 CPU 将在缓存上使用硬件锁，因此其他内核无法修改变量。第二种情况是无锁队列，它是一种特殊的队列，它使用比较和交换功能来保证指令的原子性。

所有其他情况都必须锁定... 第一种方法是锁定所有内容，当涉及更多对象时，这可能会导致很多问题（ObjA 尝试从 ObjB 读取，但是，ObjB 正在使用该变量并且还在等待等待 ObjA 的 ObjC）循环锁可能导致无限期等待（死锁）。

更好的方法是最小化线程共享变量的点。例如，如果你有一个数据数组，并且你想并行计算数据，你可以启动两个线程，线程一将仅在偶数索引上工作，而线程二将在奇数索引上工作。该线程正在处理同一组数据，但只要数据不重叠，您就不必使用锁。（这称为数据并行化）

另一个方法是将应用程序组织为一组“工作”（在线程上运行的函数产生结果）并使工作仅与消息通信。你只需要实现一个线程安全的消息系统和一个工作调度器就可以了。或者你可以使用像 intel TBB 这样的 libray。

这两种方法都不能解决死锁问题，但可以让您隔离问题并更轻松地发现错误。多线程中的 bug 确实很难调试，有时也很难找到。

所以，如果你正在学习，我建议从 thery 开始，然后从 pThread 开始，那么当你学会了基础移动到更用户友好的库时，比如 boost，或者如果你使用 Gcc 4.6 作为编译器 C++ 0x std::thread

【讨论】：

【解决方案3】：

是的，如果函数在多线程环境中使用，您应该使用锁来保护它们。你可以使用boost libraries
是的，不可变成员不应该成为问题，因为这样的成员一旦被初始化就无法更改。

关于“具有多个线程的多个对象”.. 这在很大程度上取决于您想要做什么，在某些情况下，您可以使用 thread pool 这是一种机制，它具有定义数量的线程等待作业进来吧。但是那里没有thread concurrency，因为每个线程都做一项工作。

【讨论】：

【解决方案4】：

你必须保护柜台。没有其他选择。

在 Windows 上，您可以使用以下函数执行此操作：

#if defined(PLATFORM_WIN32_GNU)

  typedef long counter_t;
  inline long _inc(counter_t& v)               {    return InterlockedIncrement(&v);  }
  inline long _dec(counter_t& v)               {    return InterlockedDecrement(&v);  }
  inline long _set(counter_t &v, long nv)      {    return InterlockedExchange(&v, nv);  }

#elif defined(WINDOWS) && !defined(_WIN32_WCE) // lets try to keep things for wince simple as much as we can

  typedef volatile long counter_t;
  inline long _inc(counter_t& v)               {    return InterlockedIncrement((LPLONG)&v);  }
  inline long _dec(counter_t& v)               {    return InterlockedDecrement((LPLONG)&v);  }
  inline long _set(counter_t& v, long nv)      {    return InterlockedExchange((LPLONG)&v, nv);  }

【讨论】：