【C++多线程】共享数据保护

　　保护共享数据的最基本的方式，是使用C++标准库提供的互斥量（头文件<mutex>）。当访问共享数据前，使用互斥量将相关数据锁住，再当访问结束后，再将数据解锁。线程库需要保证，当一个线程使用特定互斥量锁住共享数据时，其他的线程想要访问锁住的数据，都必须等到之前那个线程对数据进行解锁后，才能进行访问。这就保证了所有线程能看到共享数据，而不破坏不变量。

　　C++中通过实例化 std::mutex 创建互斥量，通过调用成员函数lock()进行上锁，unlock()进行解锁。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <list>

using namespace std;

class A {
public:
    void input()
    {
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            my_mutex.lock();
            cout << "加入数据：" << i << endl;
            ilst.push_back(i);
            my_mutex.unlock();
        }

    }

    void output()
    {
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            my_mutex.lock();
            if (!ilst.empty())
            {
                cout << "读读读读出数据：" << ilst.front() << endl;
                ilst.pop_front();
                my_mutex.unlock();
            }
            else
                my_mutex.unlock();
        }
    }

private:
    list<int> ilst;
    mutex my_mutex;
};

int  main()
{
    A a;
    thread t1(&A::input, &a); //注意此处需要传入的是对象地址，否则数据没办法共享
    thread t2(&A::output, &a);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

 

　　C++标准库还为互斥量提供了一个RAII语法的模板类 std::lack_guard<T> ，其会在构造的时候提供已锁的互斥量，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会被正确的解锁。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <list>

using namespace std;

class A {
public:
    void input()
    {
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            lock_guard<mutex> guard(my_mutex);
            /*my_mutex.lock();*/
            cout << "加入数据：" << i << endl;
            ilst.push_back(i);
           /* my_mutex.unlock();*/
        }

    }

    void output()
    {
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            lock_guard<mutex> guard(my_mutex);
            /*my_mutex.lock();*/
            if (!ilst.empty())
            {
                cout << "读读读读出数据：" << ilst.front() << endl;
                ilst.pop_front();
                /*my_mutex.unlock();*/
            }
            /*else
                my_mutex.unlock();*/
        }
    }

private:
    list<int> ilst;
    mutex my_mutex;
};

int  main()
{
    A a;
    thread t1(&A::input, &a); //注意此处需要传入的是对象地址，否则数据没办法共享
    thread t2(&A::output, &a);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

 

　　但互斥量自身也有问题。

　　当其中一个成员函数返回的是保护数据的指针或引用时，会破坏对数据的保护。具有访问能力的指针或引用可以访问(并可能修改)被保护的数据，而不会被互斥锁限制。所以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，亦或是以参数的形式传递到用户提供的函数中去。

　　另外还会造成死锁，或是对数据保护的太多(或太少)的问题。