最小化锁争用 c++ std::map

Posted 2023-02-22

【中文标题】最小化锁争用 c++ std::map

【英文标题】：Minimize lock contention c++ std::map

【发布时间】：2012-02-29 03:04:51

【问题描述】：

我有一个std::map<int, Object*> ObjectMap。现在我需要更新地图，更新可以通过多个线程进行。因此，我们锁定地图以进行更新。但是每次更新都会导致冗长的计算，从而导致锁争用。

让我们考虑以下场景。

class Order  //Subject      
 double _a, _b,_c;   
  std::vector<Customer* > _customers;  

  public:           
  void notify(int a, int b. int c)
      
     //update all customers via for loop. assume a for loop and iterator i    
     _customers[i] ->updateCustomer(a,b,c)
        

;
class SomeNetworkClass

private:
   std::map<int, Order*> _orders;
public:
   void updateOrder(int orderId, int a, int b, intc)
        
    //lock the map
      Order* order = _orders[orderId];
      order->notify();
    //release the lock
        


class Customer

public:
   void updateCustomer(int a,int b, int c)
   
    //some lengthy function. just for this example. 
    //assume printing a, b and c multiple times
   

每个客户也会通过一些计算进行更新。 现在这是一个微不足道的观察者模式。但是，大量的观察者和每个观察者的巨大计算是这种设计的杀手锏。锁定争用在我的代码中上升。我认为这是一个实际问题，但人们使用更聪明的方法，我正在寻找那些更聪明的方法。希望这次能说清楚一点

谢谢 湿婆

【问题讨论】：

在您显示的代码中，您没有更新 map.. 您正在更新地图内的对象.. 地图本身不需要锁定.. 您可以同步update() 方法而不是锁定映射。当然，如果一个线程正在读取映射，另一个线程同时写入映射，则需要锁定映射。..

对于多线程问题，您应该尽可能多地说明要解决的问题。一些问题：更新是否只影响对象的值，还是可以从地图中插入/删除？指针是指存储在同一个映射中的其他对象还是创建一个链表？ （如果它是一个列表，可以从列表中添加或删除对象吗？）对象上是否有任何关系可以利用您的优势（即多个对象可以指向同一个第三个对象？）跨度>

@thekashyap，是的，该对象已在地图内更新，但在我访问该对象之前，地图已被锁定以进行更多活动。我以为是隐含的。抱歉不清楚。但是想想锁内的更新。

@DavidRodríguez-dribeas。可以有更新/删除/插入。所有的操作都是可能的。考虑这个例子，map<id, Order*> 和Order 有一个指向下订单的Customer 的指针。修改订单时，必须以某种方式更新Customer。所以多个Order 对象可以有指向同一个Customer 的指针。

@shivchawla 鉴于您正在执行插入和删除操作，除了在更新发生时锁定整个树之外，您真的别无选择。你怎么知道你在另一个线程中使用的 id 在当前线程完成后仍然有效。我认为 David Rodriguez 是对的，我们需要更多地了解您的结构，才能真正提供帮助。

【参考方案1】：

由于更新发生在地图的元素上，并且不将地图作为参数，我假设地图是不变的。

我将结构可视化为每个地图 ID 的对象链。现在，如果链包含不同的条目（并且 update 不会访问其链之外的任何元素或任何全局元素），您可以为每个链的根元素添加锁。

但是，如果链中的对象可能被共享，那么您将遇到更困难的问题。在这种情况下，为每个对象添加一个锁就足够了。您可以证明，如果链的行为正确（每个节点有一个子节点，但子节点可以共享），则必须以一致的顺序获取锁，这意味着不会出现死锁。

如果链之间有其他共享，那么遇到死锁的机会就很大。

假设您有案例 2，那么您的代码将大致如下所示

class Object

   Object * next;
   Lock l;
   Data d;
   void update(Data d_new)
   
     l.lock();
     d = d_new;
     next->update(d_new);
     l.unlock();
   
;

【讨论】：

这不是我要找的。首先，AnotherObject 是一个不同的类。

把这种情况想象成观察者模式。如果主题存储在地图中并且主题有更新，那么我们必须更新所有可能的观察者。但与此同时，原来的主题图被锁定，不能更新其他主题。当对主题的更新非常频繁时，这会导致严重的锁争用。

对象的重用，只是为了保持我的代码简短。本质上，AnotherObject 类看起来是相同的。如果不清楚您需要做什么，我可以更改示例。