在多线程环境中访问 map

Question

在我的应用程序中，多个线程需要访问 map object 以插入新项目或读取现有项目。 （没有“擦除”操作）。

线程使用此代码访问 map 元素：

struct PayLoad& ref = myMap[index];

我只是想知道我是否还需要将此代码块包装在互斥锁中？ 或者不为此目的使用互斥锁是否安全？

谢谢。

Answer 1

由于至少有一个写操作，即插入，那么在访问map时需要有线程同步。 否则你有一个竞争条件。

此外，返回对 map 中的值的引用不是线程安全的：

struct PayLoad& ref = myMap[index];

因为多个线程可以访问该值，并且其中至少一个可能涉及写入。 这也将导致竞争条件。 最好按值返回值，如下所示：

Payload GetPayload(int index)
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
    return myMap[index];
}

所有线程都可以访问mutex 。

您的插入/写入操作还需要锁定相同的互斥锁：

void SetPayload(int index, Payload payload)
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
    myMap[index] = std::move(payload);
}

Answer 2

TLDR：如果您将std::map用于您的数据，则无法保证 memory 分配。 每当您添加新元素/调整 map 的大小时，您应该期望元素被移动到其他 memory 位置，从而破坏任何没有互斥锁的多线程代码。

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这条线本身很可能会被编译器优化掉，所以它真的取决于你之后对引用所做的事情。 您是从 map 元素中读取内容，还是将任何内容写回 memory？

即使在读取时，您也需要考虑其他线程在您的线程读取信息时写入数据，因此通常您总是希望使用某种互斥锁/同步机制来防止另一个线程写入您的 memory 即使您的线程是只能从中读取。

如果您可以保证 memory 在写入后不会更改，则无需互斥锁即可保存访问，但这假设：

• 您不使用任何具有动态 memory 分配的容器
• 当您读出时，您只读取保证完全初始化的元素（索引当前未在另一个线程上写入）
• 没有任何有效载荷数据指向其他不受保护的动态 memory

如果没有看到更多的支持代码，就无法判断是否可以安全地做出这些假设。 到目前为止，您提供的所有内容，我都不鼓励省略互斥锁。

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示例（理论上线程安全）

// Shared code
Payload myMap[32];   // Use c-style array to prevent dynamic memory allocation
int index = 0;
std::mutex mutex;

// Thread A (write)
// assumption: never wraps around or writes to old indices
// assumption: myMap[0] is initalized before Thread B is started
{
    std::lock_guard<std::mutex> guard(mutex);
    myMap[index + 1] = Payload(...);
    ++index;
}


// Thread B
{
    struct PayLoad& ref = myMap[index];
}

你看，我对这个例子做了很多假设。 破坏其中任何一个都可能破坏线程安全。