堆栈上的竞争条件

Question

我有简单的类Hello,我试图say_hello在不同的线程上调用成员函数.我创建了两个不同的实现它hellos_in_stack和hellos_in_heap.hellos_in_heap按预期工作但是hellos_on_stack在成员变量上有竞争条件_i.如何在堆栈中避免使用它mutex？

#include <thread>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <mutex>

std::mutex mu;

class Hello
{
  int _i;
public:
  Hello()
  {
      std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);
      _i = 0;
  }
  ~Hello(){
  }
  void say_hello()
  {
      std::lock_guard<std::mutex> lock(mu);
      std::cout << "say_hello from thread " << ++_i << " " <<this << " " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
  }
};

void hellos_in_stack()
{
    std::vector<std::thread> threads;
    for(int i = 0; i < 4; ++i)
    {
        Hello h;
        threads.push_back(std::thread(&Hello::say_hello, &h));
    }

    for(auto& thread : threads){
        thread.join();
    }
}


void hellos_in_heap()
{
    std::vector<std::thread> threads;
    std::vector<Hello *> hellos;
    Hello *h = nullptr;
    for(int i = 0; i < 4; ++i)
    {
        h = new Hello();
        hellos.push_back(h);
        threads.push_back(std::thread(&Hello::say_hello, h));
    }

    for(auto& thread : threads){
        thread.join();
    }

    for(auto hello : hellos){
        delete hello;
    }
}

int main()
{
    hellos_in_stack();
    hellos_in_heap();
    return 0;
}

Answer 1

让我们先描述一下竞争状况......

该行Hello h;正在h主线程的堆栈上构建.一旦for循环继续创建下一个线程,h就会被销毁,另一个Hello被创建 - 可能但不能保证与前一个地址处于同一地址h.

h必须在运行其say_hello方法的线程的生命周期内保持活动状态.

一种解决方案是h在新线程的堆栈上创建.这可以这样做:

std::vector<std::thread> threads;
for (int i = 0; i < 4; ++i)
{
    threads.emplace_back([]() {
        Hello h;
        h.say_hello();
    });
}

如果您仍然需要h可从主线程访问的实例,则另一个选项是将它们存储在容器中.

std::vector<std::thread> threads;
std::list<Hello> hellos;
for (int i = 0; i < 4; ++i)
{
    hellos.emplace_back();
    threads.emplace_back(&Hello::say_hello, &hellos.back());
}

使用容器我们引入了一些更复杂的东西.现在,必须注意确保我们以安全的方式使用容器本身.在这种情况下std::list使用而不是std::vector因为调用emplace_back/ push_backon std::vector会导致它调整其缓冲区的大小.这会破坏Hello运行线程下的实例!

运行示例:https://ideone.com/F7STsf