我們是多么渴望各種C++類都是多線程安全的，然而一旦涉及到對(duì)象間的交互，這樣的渴望可能就只能是奢望了。下面，我們以設(shè)計(jì)一個(gè)雙向鏈結(jié)點(diǎn)為例，看看要使其多線程安全將會(huì)帶來(lái)一些什么問(wèn)題。

class?DoublyLinedNode{

???????DoublyLinedNode*?pPrevNode_;

???????DoublyLinedNode*?pNextNode_;

?

public:

???????DoublyLinedNode() :?pPrevNode_(0),?pNextNode_(0){}

???????virtual?~DoublyLinedNode();

?

public:

???????const?DoublyLinedNode*?GetPrevNode()?const{return?pPrevNode_;}

???????const?DoublyLinedNode*?GetNextNode()?const{return?pNextNode_;}

?

public:

???????void?InsertPrevNode(DoublyLinedNode*?p);

???????void?InsertNextNode(DoublyLinedNode*?p);

???????void?Break();

};

這是一個(gè)簡(jiǎn)單的雙向鏈結(jié)點(diǎn)類，我們就討論討論其Break接口，這個(gè)接口的作用是使結(jié)點(diǎn)從其所在的鏈中斷開(kāi)，如圖：

?

它的實(shí)現(xiàn)可能是這樣的：

void?DoublyLinedNode::Break()

{

???????if?(pPrevNode_)

???????{

??????????????pPrevNode_->pNextNode_?=?pNextNode_;

???????}

???????if?(pNextNode_)

???????{

??????????????pNextNode_->pPrevNode_?=?pPrevNode_;

???????}

???????pPrevNode_?= 0;

???????pNextNode_?= 0;

}

這個(gè)實(shí)現(xiàn)是單線程模式的，沒(méi)有多線程安全性。

第一次嘗試：

void?DoublyLinedNode::Break()

{

Lock();

???????if?(pPrevNode_)

???????{

??????????????pPrevNode_->pNextNode_?=?pNextNode_;

???????}

???????if?(pNextNode_)

???????{

??????????????pNextNode_->pPrevNode_?=?pPrevNode_;

???????}

???????pPrevNode_?= 0;

???????pNextNode_?= 0;

???????UnLock();

}

我們第一次嘗試將這個(gè)接口的代碼用多線程鎖鎖住了，然而問(wèn)題很明顯：

if?(pPrevNode_)

{

???????pPrevNode_->pNextNode_?=?pNextNode_;

}

if?(pNextNode_)

{

???????pNextNode_->pPrevNode_?=?pPrevNode_;

}

我們這兩個(gè)對(duì)前向和后向結(jié)點(diǎn)的操作是修改另外兩個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，多線程中，可能在此時(shí)正好有其他線程在對(duì)這兩個(gè)對(duì)象進(jìn)行操作（訪問(wèn)），或許程序就會(huì)因此而崩潰。

第二次嘗試：

void?DoublyLinedNode::Break()

{

Lock();

???????if?(pPrevNode_)

???????{

??????????????pPrevNode_->SetNextNode(pNextNode_);?// SetNextNode同樣添加了鎖保護(hù)

???????}

???????if?(pNextNode_)

???????{

??????????????pNextNode_->SetPrevNode(pPrevNode_);?// SetPrevNode同樣添加了鎖保護(hù)

???????}

???????pPrevNode_?= 0;

???????pNextNode_?= 0;

???????UnLock();

}

這第二次嘗試將我們對(duì)前向和后繼結(jié)點(diǎn)的內(nèi)部狀態(tài)的直接修改改成了對(duì)其接口的調(diào)用，我們?cè)噲D通過(guò)在其各種接口中加鎖來(lái)達(dá)到多線程安全的目的。然而這卻引入了新的問(wèn)題，我們?cè)谝粋€(gè)被鎖住的代碼中進(jìn)行了又調(diào)用了另外會(huì)使用鎖的代碼，這最可能引發(fā)的問(wèn)題就是資源競(jìng)爭(zhēng)，而在我們這次嘗試中引如的問(wèn)題的確就是資源競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致死鎖：

?

我們?cè)诓煌€程中對(duì)結(jié)點(diǎn)1和結(jié)點(diǎn)2同時(shí)調(diào)用Break，當(dāng)1申請(qǐng)到自身的鎖之后，準(zhǔn)備調(diào)用2的接口，此時(shí)2也申請(qǐng)到了自身的鎖，準(zhǔn)備調(diào)用1的接口。由于1已經(jīng)占有了自身的鎖，2也占有了自身的鎖，那么1將會(huì)在調(diào)用2的接口的地方等待2的鎖，而2將會(huì)在調(diào)用1的接口的地方等待1，?1和2的相互等待就形成了死鎖。

第三次嘗試：

void?DoublyLinedNode::Break()

{

Lock();

???????if?(pPrevNode_)

???????{

pPrevNode_->?Lock();

??????????????pPrevNode_->SetNextNode(pNextNode_);

pPrevNode_->?UnLock?();

???????}

???????if?(pNextNode_)

???????{

pNextNode_->?Lock();

??????????????pNextNode_->SetPrevNode(pPrevNode_);

pNextNode_->?UnLock?();

???????}

???????pPrevNode_?= 0;

???????pNextNode_?= 0;

???????UnLock();

}

這次嘗試顯得比較愚蠢，將外部對(duì)象加鎖的過(guò)程提到了自身Break當(dāng)中效果和第二次嘗試是一樣的，沒(méi)有得到任何的改善。

第四次嘗試：

void?DoublyLinedNode::Break()

{

SharedLock();

???????if?(pPrevNode_)

???????{

??????????????pPrevNode_->SetNextNode(pNextNode_);

???????}

???????if?(pNextNode_)

???????{

??????????????pNextNode_->SetPrevNode(pPrevNode_);

???????}

???????pPrevNode_?= 0;

???????pNextNode_?= 0;

???????SharedUnLock();

}

這次嘗試取得了一定的成功，對(duì)于這些關(guān)系密切，存在相互調(diào)用的對(duì)象，我們使用了共享鎖，它的確將我們的多線程訪問(wèn)沖突和死鎖問(wèn)題解決了，但是這個(gè)共享鎖的實(shí)現(xiàn)難度是相當(dāng)大的，你必須要保證可能產(chǎn)生相互調(diào)用的對(duì)象都要進(jìn)行鎖共享，那么你對(duì)于增加、修改、刪除對(duì)象這些管理工作將會(huì)變得極度困難，稍有差池就會(huì)引發(fā)問(wèn)題，而且別人在使用你的類的時(shí)候也同樣需要處處小心，這不是我們所期望的。

?

以上我們進(jìn)行了四次嘗試將我們的雙向鏈結(jié)點(diǎn)類設(shè)計(jì)成多線程安全，顯然我們已經(jīng)筋疲力盡，卻未能達(dá)到滿意的效果。

在這里我建議大家設(shè)計(jì)這種類的時(shí)候盡量設(shè)計(jì)成單線程模式，在框架設(shè)計(jì)中去考慮多線程問(wèn)題，比如使用單線程訪問(wèn)對(duì)象，而模塊間使用異步通信來(lái)進(jìn)行交互等。

?

多線程編程的確非常困難，C++在這方面又表現(xiàn)得力不從心，我在這里引入這個(gè)問(wèn)題旨在于告誡大家在對(duì)待多線程問(wèn)題上一定要細(xì)心細(xì)心再細(xì)心。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/huty/p/8518634.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【VS开发】C++线程安全的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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