线程安全的 C++ std::set 支持从多个线程添加、删除和迭代器

Posted 2023-02-22

【中文标题】线程安全的 C++ std::set 支持从多个线程添加、删除和迭代器

【英文标题】：Thread safe C++ std::set that supports add, remove and iterators from multple threads

【发布时间】：2009-09-10 11:22:15

【问题描述】：

我正在寻找类似于 Java 中的 CopyOnWriteSet 的东西，该集合支持来自多个线程的add、remove 和某种类型的iterators。

【参考方案1】：

据我所知没有一个，最接近的是线程构建块，它有concurrent_unordered_map

只要您不进行并发修改，STL 容器就允许concurrent read access from multiple threads。通常在添加/删除时不需要迭代。

关于提供简单包装类的指导是明智的，我将从下面的代码 sn-p 开始，保护您真正需要并发访问的方法，然后提供对基本 std::set 的“不安全”访问所以人们可以选择其他不安全的方法。如有必要，您还可以保护获取迭代器并将其放回的访问权限，但这很棘手（仍然不如编写自己的无锁集或完全同步的集）。

我在并行模式库上工作，所以我使用 VS2010 beta boost::mutex 中的 critical_section 也很有效，而且无论您如何选择执行此操作，几乎都需要使用 lock_guard 的 RAII 模式：

template <class T>
class synchronized_set

    //boost::mutex is good here too
    critical_section cs;
public:
    typedef set<T> std_set_type;
    set<T> unsafe_set;
    bool try_insert(...)
    
        //boost has a lock_guard
        lock_guard<critical_section> guard(cs);
    
;

【参考方案2】：

为什么不只使用共享互斥锁来保护并发访问？请务必使用 RAII 锁定和解锁互斥锁：

   Mutex::Lock lock(mutex);
   // std::set manipulation goes here

其中Mutex::Lock是在构造函数中锁定互斥体，在析构函数中解锁互斥体的类，互斥体是所有线程共享的互斥体对象。 Mutex 只是一个封装类，它隐藏了您正在使用的任何特定操作系统原语。

我一直认为并发和集合行为是正交的概念，所以最好将它们放在单独的类中。根据我的经验，尝试自身线程安全的类不是很灵活，也不是很有用。

【参考方案3】：

您不需要内部锁定，因为您的不变量通常需要对数据结构进行多次操作，而内部锁定只能防止这些步骤同时发生，而您需要保持来自不同宏操作的步骤交错。

【参考方案4】：

您还可以查看 ACE 库，其中包含您可能需要的所有线程安全容器。

【参考方案5】：

我能想到的就是使用 OpenMP 进行并行化，从 std 派生一个集合类，并在每个关键集合操作周围放置一个外壳，使用 #pragma omp critical 声明该操作是关键的。

【讨论】：

我认为您不应该从标准容器派生。他们没有虚拟析构函数。在这种情况下，组合会更好。

【参考方案6】：

Qt的QSet类使用隐式共享（copy on write语义）和std::set类似的方法，你可以看看它的实现，Qt是lgpl。

【参考方案7】：

线程安全和写时复制语义不是一回事。话说……

如果您真的喜欢写时复制语义，Adobe 源库有一个 copy_on_write 模板，可以将这些语义添加到您使用的任何实例中。