并发编程(6)基于锁的并发数据结构设计

…衆ロ難τιáo~ 提交于 2020-03-29 04:03:42

主要内容:

  • 并发数据结构设计的意义
  • 指导如何设计
  • 实现为并发设计的数据结构

  如果一种数据结构可以被多个线程所访问,其要不就是绝对不变的(其值不会发生变化,
并且不需同步),要不程序就要对数据结构进行正确的设计,以确保其能在多线程环境下能够
(正确的)同步。一种选择是使用独立的互斥量,其可以锁住需要保护的数据,另一种选择是设计一种能够并发访问的数据结构。第一种使用互斥量,在同一时间只有一个线程可以访问数据,实际是一种串行的序列化访问。显示的组织了多线程对数据结构的并发访问。

     所以,缩小保护区域,减少序列化访问,就能提高并发。允许线程并发读取的数据结构并不少见,而对数据结构的修改,必须是单线程独立访问。所以不可能完全实现并发,只能让序列化访问最小化。

一、基于锁的并发数据结构

      基于锁的并发数据结构设计,需要确保访问线程持有锁的时间最短。都是在保证数据结构是线程安全的前提下。在设计数据结构,考虑以下问题:

  • 锁的范围中的操作,是否允许在所外执行?
  • 数据结构中不同的区域是否能被不同的互斥量所保护?
  • 所有操作都需要同级互斥量保护吗?
  • 能否对数据结构进行简单的修改,以增加并发访问的概率,且不影响操作语义?

    1、使用锁实现一个线程安全的栈

 1 #include <exception>
 2 struct empty_stack: std::exception
 3 {
 4   const char* what() const throw();
 5 };
 6 template<typename T>
 7 class threadsafe_stack
 8 {
 9 private:
10   std::stack<T> data;
11   mutable std::mutex m;
12 public:
13   threadsafe_stack(){}
14   threadsafe_stack(const threadsafe_stack& other)
15   {
16     std::lock_guard<std::mutex> lock(other.m);
17     data=other.data;
18   }
19   threadsafe_stack& operator=(const threadsafe_stack&) = delete;
20   void push(T new_value)
21   {
22     std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
23     data.push(std::move(new_value)); // 1
24   }
25   std::shared_ptr<T> pop()
26   {
27      std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
28     if(data.empty()) throw empty_stack(); // 2
29     std::shared_ptr<T> const res(
30       std::make_shared<T>(std::move(data.top()))); // 3
31     data.pop(); // 4
32     return res;
33   }
34   void pop(T& value)
35   {
36     std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
37     if(data.empty()) throw empty_stack();
38     value=std::move(data.top()); // 5
39     data.pop(); // 6
40   }
41   bool empty() const
42   {
43     std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
44     return data.empty();
45   }
46 };

线程安全队列——使用锁和条件变量

线程安全队列——使用细粒度锁和条件变量

(参考《并发编程》,先占坑以后补上没有实战经验看不太懂)

二、使用锁设计更加复杂的数据结构

   编写一个使用锁的线程安全查询表

   编写一个使用锁的线程安全链表

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