通过检查条件并重新检查来获取锁

Posted 2023-02-22

【中文标题】通过检查条件并重新检查来获取锁

【英文标题】：Acquiring lock by checking against a condition and rechecking it

【发布时间】：2018-05-29 06:36:18

【问题描述】：

这样的事情是否有效：

std::vector<std::vector<int>> data;
std::shared_mutex m;
...

void Resize() 
    // AreAllVectorsEmpty: std::all_of(data.begin(), data.end(), [](auto& v)  return v.empty(); 
    if (!AreAllVectorsEmpty()) 
        m.lock();
        if (!AreAllVectorsEmpty()) 
            data.resize(new_size);
        
        m.unlock();
    

我正在检查AreAllVectosEmpty()，然后如果条件成功，则获取锁定，然后再次检查相同的条件是否进行调整大小。

这会是线程安全的吗？ Resize 只被一个线程调用，其他线程操作data 的元素。

AreAllVectorsEmpty 是否要求有内存栅栏或获取语义？

编辑：当m.lock 被Resize 获取时，其他线程当然会阻塞。

编辑：我们还假设new_size 足够大，可以进行重新分配。

编辑：更新 shared_mutex 的代码。

编辑：AreAllVectorsEmtpy 正在迭代数据向量。没有其他人修改数据向量，但数据[0]、数据[1]等被其他线程修改。我的假设是因为 data[0] 的 size 变量在向量内并且是一个简单的整数，因此可以安全地访问 data[0].size()、data[1].size() 等... Resize 线程。 AreAllVectorsEmpty 正在迭代 data 并检查 vector.empty()。

【问题讨论】：

如果这个函数不修改共享资源，它是线程安全的

@mangusta 它正在修改data 向量。

m.resize?不是data.resize？

@WernerHenze 已修复。谢谢。

不要调用mutex.lock()，而是使用std::unique_lock

【参考方案1】：

我会使用 shared_mutex 并使用：

只读取向量（同时读取向量）的所有线程中的共享锁 调整矢量大小时此线程中的唯一锁

我认为首先检查大小，然后调整大小是安全的，前提是这是修改向量内容的唯一线程。

锁自动意味着内存屏障，否则锁没有多大意义。

【讨论】：

我正在使用shared_mutex。为了示例的简单性，我将其更改为mutex。无论如何，是的 Resize 被一个线程调用。

【参考方案2】：

答案完全取决于AreAllVectorsEmpty 的实现方式。

如果它只是检查一个可以自动设置的标志，那么是的，它是安全的。如果它遍历您打算更改的向量（或其他常用容器），那么不，它是不安全的（如果向量在内部重新分配，迭代器会发生什么？？？）。

如果是后者，你需要一个读/写锁机制，看看shared mutexes。

然后您将在检查之前获取共享锁，在修改的情况下获取排他锁。

请注意，如果areAllVectorsEmpty 使用一些独立的数据结构（除了提到的原子标志之外），您可能还必须使用单独的互斥锁来保护它以及。

【讨论】：

它正在遍历数据向量。没有其他人修改数据向量，但数据[0]、数据[1]等被其他线程修改。我的假设是因为 data[0] 的 size 变量在向量内部并且是一个简单的整数，因此可以安全地访问 data[0].size()、data[1].size() 等... Resize 线程。 AreAllVectorsEmpty 正在迭代 data 并检查 vector.empty()。

好吧，那么：如果你不保护 data 本身的迭代，任何线程都可能获得锁而另一个线程仍然迭代 - 然后调整大小可能会使后者的迭代器无效！另外：请注意std::vector::size 通常实现为end() - begin()，而std::vector::empty 再次实现为size() == 0。您不能依赖它们是线程安全的，因此您甚至可能必须适当地保护内部向量免受并发读/写冲突！

调整数据向量的大小仅由一个线程完成，该线程已调用 Resize。问题上也提到了

良好的一般建议：永远不要依赖假设，如果它们不正确，您可能会失败！

一些例子：向量中有4个元素，线程A开始迭代并到达元素0和1。然后线程B中断A，并且由于读取不受保护，可以获得锁。当然，它是现在唯一进行修改的线程，但线程 A 正处于其迭代的中间！它的迭代器会发生什么？

【参考方案3】：

标准似乎没有要求这样做，比较http://en.cppreference.com/w/cpp/container#Thread_safety。如果它适用于您的特定编译器和 STL？您需要查看来源。但我不会依赖它。

这让我想到了一个问题：你为什么要这样做？出于性能原因？你测量过性能吗？在调用AreAllVectorsEmpty 之前锁定是否真的对性能造成了可衡量的影响？

顺便说一句，请不要直接锁定互斥锁，请使用std::lock_guard。

【参考方案4】：

// AreAllVectorsEmpty: std::all_of(data.begin(), data.end(), [](auto& v) 返回 v.empty();

您正在访问内部向量的内部（调用空），同时另一个线程可以将一些元素插入到其中一个内部向量中 -> 数据竞争