我可以制作一个线程安全的 std::atomic<vector<int>> 吗？

Posted 2023-03-25

【中文标题】我可以制作一个线程安全的 std::atomic<vector<int>> 吗？

【英文标题】：Can I make a thread-safe std::atomic<vector<int>>?

【发布时间】：2015-12-18 02:06:29

【问题描述】：

我有一个需要执行n=1000 次的函数。此函数执行蒙特卡洛风格模拟并返回int 作为结果。我想并行运行nthreads=4。每当一个线程完成一个循环时，它应该将结果放入std::vector<int>。 因此，经过 1000 个周期后，我有一个 1000 个ints 的向量，可以通过统计数据进行检查。

由于std::vector 不是线程安全的，我想到了std::mutex（肯定会工作）。

但我想知道我是否可以将向量声明为原子的，从而绕过互斥锁？ 是否有可能拥有std::atomic<std::vector<int>>？我可以在上面使用push_back 等吗？

【问题讨论】：

std::atomic<:vector>> 编译了吗？

我无法在这台机器上尝试...但只是遇到了原子。

我只是想补充一点，如果您从一开始就知道您将执行 1000 次，并且您的容器将准确存储 1000 个结果，那么为什么要使用动态容器？我知道 std::vector 在其实现中使用数组，如果您在一开始就保留足够的空间，则不需要重新分配（因此使用 std::array 不会有任何性能提升）。

【参考方案1】：

C++11 §29.5/1 说

有一个通用类模板原子。模板参数 T 的类型应该是可简单复制的 (3.9)。

平凡可复制是什么意思？

§3.9 告诉

标量类型、可平凡复制的类类型（第 9 条）、此类类型的数组以及这些类型的 cv 限定版本 (3.9.3) 统称为可平凡复制类型。

对于类类型（std::vector 是）：

一般可复制的类是这样的类：

没有重要的复制构造函数 没有重要的移动构造函数 没有重要的复制赋值运算符 没有重要的移动赋值运算符 有一个简单的析构函数

根据此列表，std::vector 不可轻易复制，因此您不能使用 std::atomic<std::vector<int>>。

由于您事先知道大小，并且您不需要使用需要将向量重新分配到不同位置的方法（例如push_back)。您可以使用std::vector<int>::resize 或大小构造函数来预分配和预构造所需的ints。因此，您的并发线程不需要对向量本身进行操作，而是对元素进行操作。

如果不同线程无法访问同一元素，则不存在竞争条件。

int k[1000] 也是如此，它可以简单地复制。但您不需要这样做，因为线程不会更改数组/向量/列表本身，而是更改元素。

【参考方案2】：

你不需要。从多个线程访问std::vector 完全没问题，如果

你读过对象 你写到不同的对象

因此，请确保您创建了一个大小为 n=1000 的向量，并根据您的线程编号（1 到 4）为您的线程分配元素 0-249、250-499 等。

因此，您的每个线程都会计算 n/nthreads 元素。

【讨论】：

在将向量的一部分分配给线程之前，适当调整向量的大小非常重要——任何调整大小都绝对不是线程安全的。

但是即使你这样做，你仍然需要在阅读器和编写器之间进行同步。特别是，但不仅如此，因为不能保证对 int 的访问在所有架构上都是原子的，除非您使用 atomic_int 或 std::atomic<int>。

【参考方案3】：

Atomic 可以用简单的可复制类型来实例化。矢量不是这样的类型。

【讨论】：

问题不是答案。请向 OP 写问题作为对问题的评论

像 int k[1000] 这样的 C 样式数组是“可简单复制的类型”吗？

k 只是一个指针。指针很容易复制。但我不知道将其用作表是否是线程安全的，因为k 是一个普通指针，但k[5] 可以写成*(k+5) 和k+5 是一个不同的指针，但我不确定它真的。您可以从std 查看is_trivially_copyable。您通常会为线程安全容器编写自己的 threadsafe_vector 类型。