如何以线程安全的方式使用`std::unordered_map`？

Posted 2023-02-22

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【中文标题】如何以线程安全的方式使用`std::unordered_map`？【英文标题】：How to use `std::unordered_map` in a thread-safe way? 【发布时间】：2021-07-12 19:07:37 【问题描述】：

我做了什么

我的想法是包装std::unordered_map，并为每个人锁定它手术。它看起来像这样（我将只留下一个操作为了不使问题混乱）：

template<class Key, class T>
class thread_safe_unordered_map 
   public:
    T &operator[](const Key &key) 
        std::lock_guard<std::mutex> lockm_mutex;
        return m_underlying[key];
    

   private:
    std::unordered_map<Key, T> m_underlying;
    std::mutex                 m_mutex;
;

但是后来我想到了，现在我不知道如何正确地做到这一点。

想象一下这种情况。

线程 1： 调用 operator[] 进行写入线程 2： 调用 operator[] 进行读取

两者都各司其职。现在，因为 operator[] 返回一个引用，并且它们都将根据相同的参考采取行动，我认为这仍然可能是一场数据竞赛。是这样吗？

我现在的想法

因为this：

所有的 const 成员函数都可以被不同的线程同时调用同一个容器。此外，成员函数 begin()、end()、 rbegin()、rend()、front()、back()、data()、find()、lower_bound()、 upper_bound()、equal_range()、at() 以及，除了在关联容器中， operator[]，出于线程安全的目的，表现为 const。

我有这个问题。在线程上使用at() 是否正确，并且被锁定的是映射值？

【问题讨论】：

返回非常量引用与封装相反。你是对的，锁无助于保护对同一内存的并发读写导致数据竞争更糟糕的是，新获取的引用可能随时变成悬空引用，而不会发出警告。如果幸运的话，您将能够对撞击坑进行一些取证调试，以找出问题所在。您是否曾经从多线程区域的地图中删除元素？如果没有，你应该没问题。一旦一个元素被插入到一个无序映射中，它的地址应该保持不变。无论如何，这种方法效率低下。有外部库提供的并发哈希表，例如 Intel TBB 或 Facebook Folly (IIRC)。此外，正如所指出的，元素的更新可能会导致数据竞争。不，没有被删除。有些是在开始时插入的，之后只有一个线程可以修改现有元素，其余的只能从中读取。谢谢你的建议，我会看看你告诉我的图书馆。 @DanielLangr 锁定每个操作通常是不够的，因为很多时候您想要原子地执行多个操作（例如，删除一个条目然后插入另一个条目，而没有任何其他线程有可能看到这两个操作之间的中间状态）。因此，更好的方法是将锁定排除在数据结构之外，并在更高级别完成，代码完全了解它试图以原子方式完成的任务。 【参考方案1】：

现在，因为 operator[] 返回一个引用，并且它们都将作用于同一个引用，我认为这仍然可能是数据竞争。是这样吗？

这是正确的假设 T 不是线程安全类型。

这不是容器操作中的数据竞争，而是T类型对象的使用中的数据竞争。

我有这个问题。在线程上使用 at() 是否正确

如果你只调用 const 限定的at，那么你永远不会得到一个非常量引用，因此不能修改任何元素的值。如果您不修改这些值，那么您就没有数据竞争。