stl空间配置器线程安全问题补充
摘要
在上一篇博客《STL空间配置器那点事》简单介绍了空间配置器的基本实现
两级空间配置器处理，一级相关细节问题，同时简单描述了STL各组件之间的关系以及设计到的设计模式等。
在最后，又关于STL空间配置的效率以及空间释放时机做了简单的探讨。
线程安全问题概述
为什么会有线程安全问题？
认真学过操作系统的同学应该都知道一个问题。
first--进程是系统资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础，是一个程序的运行实体，同时也是一个程序执行中线程的容器
seconed--进程中作为资源分配基本单位，管理着所有线程共享资源：代码段，数据段，堆，部分共享区（IPC中的共享内存等）。。栈则是线程私有的。
所以，由此就有：如果我们的数据存放位置处在数据段，堆这两个地方，那么就会有线程安全问题：
1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 static int * arr = new int（4）; //arr作为全局变量存在于数据段，new申请所得空间存在于堆上。 4 5 void testThreadSafe(int arg) 6 { 7 *arr = arg; 8 } 9 10 int main() 11 { 12 int arg; 13 cin >> arg; 14 testThreadSafe(arg); 15 cout << (*arr)<<endl; 16 return 0; 17 }
做个简单分析，假设进程同时运行到了第七行，因为程序执行的最小粒度是更为细致的cpu指令而不是一个代码语句。
所以可能A线程和B线程同时执行修改*arr = arg;，但是两个线程中cin>>arg输入的值不一样，那么就有问题。
两个线程各自执行到15行时，显示的结果是一样的（因为线程共享该区域），但他们本来却不该相同。
这就是线程安全问题。
STL中线程安全问题的存在
STL中，一级空间配置器简单封装malloc，free同时引入sethandler机制。而malloc，free作为最基本的系统调用是线程安全的，
所以问题就在二级空间配置器的实现部分了。
各位还记得二级配置器内部结构定义吧。
template <bool threads, int inst> class __DefaultAllocTemplate { //... protected: //桶结构,保存链表 static _Obj* _freeList[_NFREELISTS]; //..... };
这里的核心结构，保存自由链表的指针数组就是各静态数据，存在于数据段，于是就有了线程安全问题。
线程安全问题的解决方案之一：
linux环境，互斥锁
win环境，临界区（临界资源访问问题）
对于STL的二级空间配置器中，线程安全问题的唯一存在也就是对于已组织的自由链表的访问了（也就是Allocate和Deallocate了）：
两个线程同时向空间配置器申请内存块（ps，A未完成取出该节点并将表指针指向下一个节点时，B线程来了。于是两个线程同时得到一块内存）;
//////A执行玩1，尚未执行2，B就来申请空间。最终两个线程都修改数组中指针指向y，且共同拥有x
两个线程同时向空间配置器释放内存块;
////a释放执行1而没有来得及执行2，于是乎，在1。5的情况系，b释放，进入。于是，最终结果，a块，b块都指向了x，但是数组中指针只是指向了后来修改他的值，于是就有了内存泄漏。
解决方案，互斥锁使用
核心代码给出：
文件Alloc.h中部分代码
#pragma once #include "Config.h" #include "Trace.h" #include "Threads.h" #ifdef __STL_THREADS #define __NODE_ALLOCATOR_THREADS true //用于二级空间配置器翻非类型模板参数 #define __NODE_ALLOCATOR_LOCK \ { if (threads) _S_node_allocator_lock._M_acquire_lock(); } #define __NODE_ALLOCATOR_UNLOCK \ { if (threads) _S_node_allocator_lock._M_release_lock(); } #else // Thread-unsafe # define __NODE_ALLOCATOR_LOCK # define __NODE_ALLOCATOR_UNLOCK # define __NODE_ALLOCATOR_THREADS false #endif # ifdef __STL_THREADS static _STL_mutex_lock _S_node_allocator_lock; # endif template <bool threads, int inst> class __DefaultAllocTemplate { class _Lock; friend class _Lock; class _Lock { public: _Lock() { __TRACE("锁保护\n"); __NODE_ALLOCATOR_LOCK; } ~_Lock() { __TRACE("锁撤销\n"); __NODE_ALLOCATOR_UNLOCK; } }; static void* Allocate(size_t n) { void * ret = 0; __TRACE("二级空间配置器申请n = %u\n",n); if(n>_MAX_BYTES) ret = MallocAlloc::Allocate(n); _Obj* volatile * __my_free_list = _freeList + _FreeListIndex(n); //利用RAII（资源获取即初始化原则）进行封装，保证 即使内部抛出异常，依旧执行解锁操作 #ifdef __STL_THREADS _Lock __lock_instance; #endif _Obj* __result = *__my_free_list; if (__result == 0) ret = _Refill(RoundUp(n)); else { *__my_free_list = __result -> _freeListLink; ret = __result; } return ret; } static void Deallocate(void* p, size_t n) { if(!p) { return; } __TRACE("二级空间配置器删除p = %p,n = %d\n",p,n); if (n > (size_t) _MAX_BYTES) MallocAlloc::Deallocate(p, n); else { _Obj* volatile* __my_free_list = _freeList + _FreeListIndex(n); _Obj* q = (_Obj*)p; #ifdef __STL_THREADS //进行资源归还自由链表时的锁操作。 _Lock __lock_instance; #endif q -> _freeListLink = *__my_free_list; *__my_free_list = q; } }
文件Threads.h
#pragma once #if defined(__STL_PTHREADS) #include <pthread.h> #endif #include "Config.h" __STLBEGIN struct _STL_mutex_lock { #if defined(__STL_PTHREADS) pthread_mutex_t _M_lock; void _M_initialize() { pthread_mutex_init(&_M_lock, NULL); } void _M_acquire_lock() { pthread_mutex_lock(&_M_lock); } void _M_release_lock() { pthread_mutex_unlock(&_M_lock); } #else /* No threads */ void _M_initialize() {} void _M_acquire_lock() {} void _M_release_lock() {} #endif }; __STLEND
简单测试结果
其中TRACE打印的“锁保护”，“锁撤销” 部分就是二级空间配置器资源分配时锁机制的保护实现了。
其利用了C++的RAII（资源获取即初始化方案）
同时利用C++对象特性，退出作用域即执行析构函数，将解锁封装，巧妙的避免了死锁问题的产生
死锁：简单理解就是，因为某个线程锁定资源进行访问时，因为异常等原因退出执行，但是没来的及解锁，致使其他线程都无法访问共享资源的现象就是死锁。更细致的解释请找google叔。
最后，说明的是，实际的STL源码中因为需要考虑平台，系统兼容性等问题，对于锁的使用通过宏编译技术，有比较长的一段代码，我这里只是取出了当下linux平台可用代码放在了自己的Threads.h
更详细代码请关注个人另一博客：http://www.cnblogs.com/lang5230/p/5556611.html
或者github获取更新中的代码：https://github.com/langya0/llhProjectFile/tree/master/STL
