从C语言到C++_40(多线程相关)C++线程接口+线程安全问题加锁(shared_ptr+STL+单例)(下)

简介: 从C语言到C++_40(多线程相关)C++线程接口+线程安全问题加锁(shared_ptr+STL+单例)

从C语言到C++_40(多线程相关)C++线程接口+线程安全问题加锁(shared_ptr+STL+单例)(中);https://developer.aliyun.com/article/1522534

2. shared_ptr线程安全

智能指针复习:从C语言到C++_36(智能指针RAII)auto_ptr+unique_ptr+shared_ptr+weak_ptr-CSDN博客

以前敲的shared_ptr(加一个返回引用计数的接口):

namespace rtx
{
  template<class T>
  class shared_ptr
  {
  public:
    shared_ptr(T* ptr = nullptr)
      : _ptr(ptr)
      , _pCount(new int(1))
    {}
 
    void Release()
    {
      if (--(*_pCount) == 0) // 防止产生内存泄漏,和析构一样,写成一个函数
      {
        delete _ptr;
        delete _pCount;
      }
    }
    ~shared_ptr()
    {
      Release();
    }
 
    shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
      : _ptr(sp._ptr)
      , _pCount(sp._pCount)
    {
      (*_pCount)++;
    }
 
    shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)
    {
      //if (this != &sp)
      if (_ptr != sp._ptr) // 防止自己给自己赋值,注意不能比较this,类似s1 = s2; 再来一次s1 = s2;
      {                    // 比较_pCount也行
        //if (--(*_pCount) == 0) // 防止产生内存泄漏,和析构一样,写成一个函数
        //{
        //  delete _ptr;
        //  delete _pCount;
        //}
        Release();
 
        _ptr = sp._ptr;
        _pCount = sp._pCount;
        (*_pCount)++;
      }
      return *this;
    }
 
    T& operator*()
    {
      return *_ptr;
    }
    T* operator->()
    {
      return _ptr;
    }
    int use_count()
    {
      return *_pCount;
    }
  protected:
    T* _ptr;
    int* _pCount;// 引用计数,有多线程安全问题,学了linux再讲,不能用静态成员
  };
}

先看看库里面的使用:

int main()
{
  std::shared_ptr<double> sp1(new double(7.77));
  std::shared_ptr<double> sp2(sp1);
 
  mutex mtx;
 
  vector<thread> v(5);
  int n = 100000;
  for (auto& t : v)
  {
    t = thread([&](){
      for (size_t i = 0; i < n; ++i)
      {
        // 拷贝是线程安全的
        std::shared_ptr<double> sp(sp1);
 
        // 访问资源不是
        (*sp)++;
      }
    });
  }
 
  for (auto& t : v)
  {
    t.join();
  }
  cout << *sp1 << endl;
  cout << sp1.use_count() << endl;
  return 0;
}


2.1 库里面的shared_ptr使用

能指针共同管理的动态内存空间是线程不安全的,访问资源要自己加锁:

再把std换成自己的命名空间:

程序直接崩溃了,因为有时候引用计数不对。

       多个线程及主线程中的所有智能指针都共享引用计数,又因为拷贝构造以及析构都不是原子的,所以导致线程不安全问题。

解决办法和Linux中一样,需要加锁:

引用计数加加和减减都要加锁

放个代码:

2.2 shared_ptr加锁代码

namespace rtx
{
  template<class T>
  class shared_ptr
  {
  public:
    shared_ptr(T* ptr = nullptr)
      : _ptr(ptr)
      , _pCount(new int(1))
      ,_pMtx(new mutex)
    {}
 
    shared_ptr(const shared_ptr<T>& sp)
      : _ptr(sp._ptr)
      , _pCount(sp._pCount)
      , _pMtx(sp._pMtx)
    {
      _pMtx->lock();
      (*_pCount)++;
      _pMtx->unlock();
    }
 
    shared_ptr<T>& operator=(const shared_ptr<T>& sp)
    {
      //if (this != &sp)
      if (_ptr != sp._ptr) // 防止自己给自己赋值,注意不能比较this,类似s1 = s2; 再来一次s1 = s2;
      {                    // 比较_pCount也行
        //if (--(*_pCount) == 0) // 防止产生内存泄漏,和析构一样,写成一个函数
        //{
        //  delete _ptr;
        //  delete _pCount;
        //}
        Release();
 
        _ptr = sp._ptr;
        _pCount = sp._pCount;
        _pMtx->lock();
        (*_pCount)++;
        _pMtx->unlock();
      }
      return *this;
    }
 
    void Release() // 防止产生内存泄漏,和析构一样,写成一个函数
    {
      bool flag = false;
 
      _pMtx->lock();
      if (--(*_pCount) == 0)
      {
        delete _ptr;
        delete _pCount;
 
        flag = true;
      }
      _pMtx->unlock();
 
      if (flag)
      {
        delete _pMtx; // new出来的,引用计数为0时要delete
      }
    }
    ~shared_ptr()
    {
      Release();
    }
 
    T& operator*()
    {
      return *_ptr;
    }
    T* operator->()
    {
      return _ptr;
    }
    int use_count()
    {
      return *_pCount;
    }
  protected:
    T* _ptr;
    int* _pCount;// 引用计数,有多线程安全问题,学了linux再讲,不能用静态成员
    mutex* _pMtx;
  };
}
 
int main()
{
  rtx::shared_ptr<double> sp1(new double(7.77));
  rtx::shared_ptr<double> sp2(sp1);
 
  mutex mtx;
 
  vector<thread> v(7);
  int n = 100000;
  for (auto& t : v)
  {
    t = thread([&](){
      for (size_t i = 0; i < n; ++i)
      {
        // 拷贝是线程安全的
        rtx::shared_ptr<double> sp(sp1);
 
        // 访问资源不是
        mtx.lock();
        (*sp)++;
        mtx.unlock();
      }
    });
  }
 
  for (auto& t : v)
  {
    t.join();
  }
  cout << *sp1 << endl;
  cout << sp1.use_count() << endl;
  return 0;
}


3. 单例模式线程安全

单例模式复习:

从C语言到C++_37(特殊类设计和C++类型转换)单例模式-CSDN博客


3.1 懒汉模式线程安全问题

       在C++11之后饿汉模式是没有线程安全问题的(做了相关补丁),因为单例对象是在main函数之前就实例化的,而多线程都是在main函数里面启动的。

       但是懒汉模式是存在线程安全问题的,当多个线程使用到单例对象时候,在使用GetInstance()获取对象时,用因为调度问题出现误判,导致new多个单例对象。

这里给懒汉模式加个锁:(这里在getInstance这样加锁有没有什么问题?)


      此时,每个调用GetInstance()的线程都需要申请锁然后释放锁,对锁的操作也是有开销的,会有效率上的损失。


       单例模式在单例一经创建以后就不会再创建了,无论多少线程在访问已经创建的单例对象时都不会再创建,线程就已经安全了。所以在单例对象创建以后,根本没有必要再去申请锁和释放锁。


       如果把加锁放在 if 里面呢?这样是不行的,因为第二次线程来的时候单例对象已经不是空的了,所以锁就白加了。


此时就要双检查加锁:

3.2 懒汉模式最终代码

class Singleton
{
public:
  static Singleton* GetInstance()
  {
    // 双检查加锁
    if (m_pInstance == nullptr) // 保护第一次后,后续不需要加锁
    {
      unique_lock<mutex> lock(_mtx); // 加锁,防止new抛异常就用unique_lock
      if (m_pInstance == nullptr) // 保护第一次时,线程安全
      {
        m_pInstance = new Singleton;
      }
    }
 
    return m_pInstance;
  }
 
private:
  Singleton() // 构造函数
  {}
  Singleton(const Singleton& s) = delete; // 禁止拷贝
  Singleton& operator=(const Singleton& s) = delete; // 禁止赋值
 
  // 静态单例对象指针
  static Singleton* m_pInstance; // 单例对象指针
  static mutex _mtx;
};
 
Singleton* Singleton::m_pInstance = nullptr; // 初始化为空
mutex Singleton::_mtx;
 
int main()
{
  Singleton* ps = Singleton::GetInstance();//获取单例对象
 
  return 0;
}


成功运行。


3.3 懒汉模式的另一种写法

放个代码:

class Singleton
{
public:
  static Singleton* GetInstance()
  {
    // 局部的静态对象,第一次调用时初始化
 
    // 在C++11之前是不能保证线程安全的
    // C++11之前局部静态对象的构造函数调用初始化并不能保证线程安全的原子性。
    // C++11的时候修复了这个问题,所以这种写法,只能在支持C++11以后的编译器上使用
    static Singleton _s;
    return &_s;
  }
 
private:
  // 构造函数私有
  Singleton()
  {};
 
  Singleton(Singleton const&) = delete;
  Singleton& operator=(Singleton const&) = delete;
};
 
int main()
{
  Singleton::GetInstance();
 
  return 0;
}

C++11之前局部静态对象的构造函数调用初始化并不能保证线程安全的原子性。

C++11的时候修复了这个问题,所以这种写法,只能在支持C++11以后的编译器上使用。

本篇完。

       应该算是本专栏的最后一篇了,泪目泪目。道阻且长,行则将至,想再深入学习C++以后就靠自己拓展了。后一部分就是网络和Linux网络的内容了。

目录
相关文章
|
6月前
|
安全 算法 Java
Java 多线程:线程安全与同步控制的深度解析
本文介绍了 Java 多线程开发的关键技术,涵盖线程的创建与启动、线程安全问题及其解决方案,包括 synchronized 关键字、原子类和线程间通信机制。通过示例代码讲解了多线程编程中的常见问题与优化方法,帮助开发者提升程序性能与稳定性。
288 0
|
6月前
|
数据采集 监控 调度
干货分享“用 多线程 爬取数据”:单线程 + 协程的效率反超 3 倍,这才是 Python 异步的正确打开方式
在 Python 爬虫中,多线程因 GIL 和切换开销效率低下,而协程通过用户态调度实现高并发,大幅提升爬取效率。本文详解协程原理、实战对比多线程性能,并提供最佳实践,助你掌握异步爬虫核心技术。
|
7月前
|
Java 数据挖掘 调度
Java 多线程创建零基础入门新手指南:从零开始全面学习多线程创建方法
本文从零基础角度出发,深入浅出地讲解Java多线程的创建方式。内容涵盖继承`Thread`类、实现`Runnable`接口、使用`Callable`和`Future`接口以及线程池的创建与管理等核心知识点。通过代码示例与应用场景分析,帮助读者理解每种方式的特点及适用场景,理论结合实践,轻松掌握Java多线程编程 essentials。
483 5
|
12月前
|
监控 Kubernetes Java
阿里面试:5000qps访问一个500ms的接口,如何设计线程池的核心线程数、最大线程数? 需要多少台机器?
本文由40岁老架构师尼恩撰写,针对一线互联网企业的高频面试题“如何确定系统的最佳线程数”进行系统化梳理。文章详细介绍了线程池设计的三个核心步骤:理论预估、压测验证和监控调整,并结合实际案例(5000qps、500ms响应时间、4核8G机器)给出具体参数设置建议。此外,还提供了《尼恩Java面试宝典PDF》等资源,帮助读者提升技术能力,顺利通过大厂面试。关注【技术自由圈】公众号,回复“领电子书”获取更多学习资料。
|
11月前
|
Python
python3多线程中使用线程睡眠
本文详细介绍了Python3多线程编程中使用线程睡眠的基本方法和应用场景。通过 `time.sleep()`函数,可以使线程暂停执行一段指定的时间,从而控制线程的执行节奏。通过实际示例演示了如何在多线程中使用线程睡眠来实现计数器和下载器功能。希望本文能帮助您更好地理解和应用Python多线程编程,提高程序的并发能力和执行效率。
425 20
|
11月前
|
安全 Java C#
Unity多线程使用(线程池)
在C#中使用线程池需引用`System.Threading`。创建单个线程时,务必在Unity程序停止前关闭线程(如使用`Thread.Abort()`),否则可能导致崩溃。示例代码展示了如何创建和管理线程,确保在线程中执行任务并在主线程中处理结果。完整代码包括线程池队列、主线程检查及线程安全的操作队列管理,确保多线程操作的稳定性和安全性。
|
安全 Java API
java如何请求接口然后终止某个线程
通过本文的介绍,您应该能够理解如何在Java中请求接口并根据返回结果终止某个线程。合理使用标志位或 `interrupt`方法可以确保线程的安全终止,而处理好网络请求中的各种异常情况,可以提高程序的稳定性和可靠性。
213 6
|
NoSQL Redis
单线程传奇Redis,为何引入多线程?
Redis 4.0 引入多线程支持,主要用于后台对象删除、处理阻塞命令和网络 I/O 等操作,以提高并发性和性能。尽管如此,Redis 仍保留单线程执行模型处理客户端请求,确保高效性和简单性。多线程仅用于优化后台任务,如异步删除过期对象和分担读写操作,从而提升整体性能。
246 1
|
消息中间件 存储 安全
|
Java 开发者
在Java多线程编程的世界里,Lock接口正逐渐成为高手们的首选,取代了传统的synchronized关键字
在Java多线程编程的世界里,Lock接口正逐渐成为高手们的首选,取代了传统的synchronized关键字
181 4

热门文章

最新文章