3.2使用互斥量保护共享数据

3.2.1在C++中使用互斥量

在C++中, 通过实例化 srd::mutex 来创建一个互斥量, 通过调用成员函数lock()进行上锁,unlock()进行解锁。 不推荐实践中直接去调用成员函数, 因为调用成员函数就意味着,你必须记住在每个函数出口都要去调用unlock()也包括异常的情况。

C++标准为互斥量提供了一个RAII语法的模板类std::lack_guard,其会在构造时提供已锁的互斥量,并在析构的时候进行解锁,从而保证了一个已锁的互斥量总是被正确的解锁。

#include <list>
#include <mutex>
#include <algorithm>
std::list<int> some_list; // 1
std::mutex some_mutex; // 2
void add_to_list(int new_value)
{
    std::lock_guard<std::mutex> guard(some_mutex); // 3
    some_list.push_back(new_value);
} 
bool list_contains(int value_to_find)
{
    std::lock_guard<std::mutex> guard(some_mutex); // 4
    return std::find(some_list.begin(),some_list.end(),value_to_find) != some_
}

3.2.2精心组织代码来保护共享数据

切勿将受保护数据的指针或引用传递到互斥锁作用域之外, 无论是函数返回值, 还是存储在外部可见内存, 亦或是将他们以参数的形式传递到用户提供的函
数中去。

3.2.3发现接口内在的竞争条件

问题:假设有一个 stack<vector<int>> , vector是一个动态容器, 所以当你拷贝一个vetcor, 标准库会从堆上分配很多内存来完成这次拷贝。 当这个系统处在重度负荷, 或有严重的资源限制的情况下, 这种内存分配就会失败,所以vector的拷贝构造函数可能回抛出一个std::bad_alloc异常。当pop()函数返回“弹出值”时,就会有一个潜在的问题:当这个值被返回到调用函数的时候, 栈才被改变;但当拷贝数据的时候, 调用函数抛出一个异常会怎么样? 如果这种事情真的发生了, 要弹出的数据将会丢失;它的确从栈上移出了,但是拷贝失败了。
解决方法:

  • std::stack 的设计人员将这个操作分为两部分:先获取顶部元素(top()) , 然后从栈中移除(pop())。这样的分割会制造条件竞争。
  • 将变量的引用作为参数, 传入pop()函数中来获取想要的“弹出值”。缺陷是:需要提前构造一个堆中的类型的实力,用于接收目标值。
std::vector<int> result;
some_stack.pop(result);
  • 无异常抛出的拷贝构造函数或移动构造函数
    尽管能在编译时, 使用 std::is_no_throw_copy_constructible 和std::is_nothrow_move_constructible 类型特征, 能让拷贝或移动构造函数不抛出异常, 但是这种方式的局限性太强。
  • 返回弹出值的指针
    返回一个指向弹出元素的指针, 而不是直接返回值。 指针的优势是自由拷贝,并且不会产生异常。使std::shared_ptr是一个不错的选择。不仅是因其能避免内存泄露(因为当对象中指针销毁时, 对象也会被销毁) , 而是因为标准库能够完全控制内存分配方案, 也就不需要new和delete操作。

3.2.4死锁

std::lock ——可以一次性锁住多个(两个以上) 的互斥量, 并且没有副作用(死锁风险) 。

避免死锁

  • 避免嵌套死锁
    • 当已获得一个锁时,别再去获得第二个。当你需要获取多个锁, 使用一个 std::lock 来做这件事, 避免产生死锁。
  • 使用固定顺序获取锁
  • 使用锁的层次结构
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