[并发并行]_[C/C++]_[C++标准库里的线程安全问题]

场景

1.写普通的程序时, 经常会使用cout来做输出, 每个进程只有一个控制台, 如果多线程调用cout时会出状况吗?

2.之所以研究cout会不会在并发下调用有问题, 是因为曾经有一个bug的崩溃点正好在cout处.

3.参考vc++的说明, iostream库的对象在并发write时是不会有问题的,原因是加了临界区,看osfinifo.c. 以下是对vc++针对stl库的线程安全的说明.

注: 虽然标准库说了支持cout并发, 但是在vs2010里出现过 ioinfo *pio = _pioinfo(fh); 这个 pio 为NULL的情况, 导致崩溃. 所以标准库实现也有BUG, 建议还是别用cout做并发输出.

osfinfo.c

int __cdecl __lock_fhandle (
int fh
)
{
ioinfo *pio = _pioinfo(fh);
int retval=TRUE;

/*
* Make sure the lock has been initialized.
*/
if ( pio->lockinitflag == 0 ) {

_mlock( _LOCKTAB_LOCK );
__TRY
if ( pio->lockinitflag == 0 ) {
if ( !InitializeCriticalSectionAndSpinCount( &(pio->lock), _CRT_SPINCOUNT )) {
/*
* Failed to initialize the lock, so return failure code.
*/
retval=FALSE;
}
pio->lockinitflag++;
}
__FINALLY
_munlock( _LOCKTAB_LOCK);
__END_TRY_FINALLY
}

if(retval)
{
EnterCriticalSection( &(_pioinfo(fh)->lock) );
}

return retval;
}

void __cdecl _unlock_fhandle (
int fh
)
{
LeaveCriticalSection( &(_pioinfo(fh)->lock) );
}

说明

以下线程安全的规则适用于标准C++库(除了shared_ptr 和 iostream类):

1.多线程读取一个单一的对象是线程安全. 比如给定一个对象A, 线程1 和线程2同时读取这个A对象是线程安全的.

2.如果一个对象正在被一个线程写, 那么所有对这个对象的读和写在其他线程里必须被保护起来(加锁). 比如, 给定一个对象A, 如果线程1 正在写入A, 那么必须阻止线程2读取或写入A.

3.一个线程对一个类型的实例的读写时, 另一个线程正对这个类型的另一个实例进行读写是安全的. 例如: 给定 A1和A2对象实例,它们属于同样类型A, 线程1中对A1进行写,而线程2中对A2进行读, 这种方式是安全的.

shared_ptr

1.多线程能同时对不同的shared_ptr对象进行读写, 即使这些对象是拥有共享所有权的复制品.

iostream 类

1.iostream 类和其他类遵守相同的规则, 除了一个例外, 它允许多线程进行写入对象. 比如, 线程1和线程2允许同时对cout进行写入. 这样也仅会导致输出混淆.

例子

以下例子验证了cout可允许多线程同时写, 并且std::vector可以同时读.

既然知道了标准库的对象特性, 这个问题自然知道原因. std::vector的多线程读写问题

// test-stl-thread-safety.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
#include <iostream>
#include <vector>

static const int THREADCOUNT = 10;

DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID param)
{
auto params = (std::vector<int>*)param;
for(int i = 0; i< 2000; ++i)
{
auto ite = params->begin();
for(; ite!= params->end();++ite)
std::cout << "Thread: " << GetCurrentThreadId() << " i: " << i << " params: " << *ite << std::endl;
}
return 0;
}

void TestConcurrentCout()
{
HANDLE hThread[THREADCOUNT];
std::vector<int> params;
params.push_back(0);
params.push_back(1);
params.push_back(2);
params.push_back(3);
params.push_back(4);

for(int i = 0; i< THREADCOUNT;++i)
{
hThread[i] = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE) ThreadFunc,
(LPVOID)¶ms,
0,
NULL);
}

for (int i = 0; i < THREADCOUNT; i++)
WaitForSingleObject(hThread[i], INFINITE);
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
TestConcurrentCout();
return 0;
}

参考

Thread Safety in the Standard C++ Library