C ++中不同向量之间没有线程安全？

Posted 2023-02-21

【中文标题】C ++中不同向量之间没有线程安全？

【英文标题】：No thread-safety between different vectors in C++?

【发布时间】：2019-07-12 21:07:49

【问题描述】：

我的问题是同时使用不同的向量。我知道我不能指望同一个向量同时在多个线程中工作。我已经分解了程序，以便更容易理解它。我有一个ThreadClass 类，它有一个构造函数，它只是将一个元素添加到向量k，然后调用一个线程toCall，然后输出应该是一个向量的大小。此类的对象是使用向量的push_back 成员在main() 函数内部的不同向量内创建的。

输出结果为 0。有时我也可以得到 1。如果我切换到调试模式，我可以产生更多的数字 1。我已经在 gnu C++17 编译器（Ubuntu 16.04）和 Visual Studio 编译器（Windows 10）上测试了这个问题。我现在的问题是，如果这个例子表明我应该完全避免在多线程程序中使用向量？

class ThreadClass 

private:
    std::vector<int> k;
    std::thread thr;
public:
    ThreadClass() 
        k.push_back(27);
        thr = std::thread(&ThreadClass::toCall, this);
    
    void toCall() 
        std::cout << k.size() << std::endl;
    
    void close() 
        if (thr.joinable())thr.join();
    
;

int main()
    std::vector<ThreadClass> lols;
    lols.push_back(ThreadClass());
    lols[0].close();
    return 0;

【参考方案1】：

问题在于ThreadClass 类型的值包含对其自身的引用。具体来说，thr 包含this 的副本。

当您复制或移动此类值时，例如当临时的ThreadClass() 被移动到lols 时，副本拥有一个重复的this ptr，即它指向旧的临时，其生命周期在对lols.push_back 的调用完成后结束。

我们可以在没有线程的情况下复制这个问题：

class Foo

private:
    std::vector<int> k;
    Foo* possibly_this;
public:
    Foo() 
        k.push_back(27);
        possibly_this = this;
    
    void toCall() 
        std::cout << possibly_this->k.size() << std::endl;
    
;

int main()
    std::vector<Foo> lols;
    lols.push_back(Foo);
    lols[0].toCall();

（对我来说，它在 7.3.1 上用 -O0 打印 0，但同样，它是 UB，所以它可以在你的机器上做任何事情。）

lols.emplace() 不会提供帮助。如果 std::vector 调整大小，则所有指向它的指针/迭代器都将失效。不幸的是，您无法更改存储在thr 中的指针，因此您只有一种解决方案：禁用ThreadClass 的复制和移动构造函数，如下所示：

  //within the definition of ThreadClass
  ThreadClass(ThreadClass const&) = delete;

为了将ThreadClass 放置在容器中，您需要额外的间接级别以允许ThreadClass 类型值的实际对象具有稳定的位置。 std::list<ThreadClass> 或 std::vector<std::unique_ptr<ThreadClass>> 都可以解决问题。

【讨论】：

哦，非常感谢，这个解释启发了我。

【参考方案2】：

一个问题是您的线程可以在构造函数返回之前调用toCall。在构造函数中创建回调到对象的线程不是一个好主意。将线程创建推迟到某种start 或launch 函数，并在构造函数返回后调用。

这也是个问题：

lols.push_back(ThreadClass());

在这里，（临时的）析构函数甚至可以在toCall 被调用之前运行！那肯定行不通。这是不在构造函数中创建线程的另一个很好的理由——它使临时对象成为灾难。

【讨论】：

谢谢。我接受了你的建议，现在效果很好。但我不确定你的第二部分。据我了解，总是会在调用线程之前调用析构函数。例如，您有一个名为CallMyThread() 的函数，它调用对象内部的一个线程。然后突然无论什么原因都会调用析构函数。

@SouthParkGermany 那么也许析构函数应该确保线程在返回之前完成。