【C++多線程】共享數據保護

　　保護共享數據的最基本的方式，是使用C++標准庫提供的互斥量（頭文件<mutex>）。當訪問共享數據前，使用互斥量將相關數據鎖住，再當訪問結束后，再將數據解鎖。線程庫需要保證，當一個線程使用特定互斥量鎖住共享數據時，其他的線程想要訪問鎖住的數據，都必須等到之前那個線程對數據進行解鎖后，才能進行訪問。這就保證了所有線程能看到共享數據，而不破壞不變量。

　　C++中通過實例化 std::mutex 創建互斥量，通過調用成員函數lock()進行上鎖，unlock()進行解鎖。

#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 << "加入數據：" << 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 << "讀讀讀讀出數據：" << 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); //注意此處需要傳入的是對象地址，否則數據沒辦法共享
    thread t2(&A::output, &a);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

 

　　C++標准庫還為互斥量提供了一個RAII語法的模板類 std::lack_guard<T> ，其會在構造的時候提供已鎖的互斥量，並在析構的時候進行解鎖，從而保證了一個已鎖的互斥量總是會被正確的解鎖。

#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 << "加入數據：" << 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 << "讀讀讀讀出數據：" << 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); //注意此處需要傳入的是對象地址，否則數據沒辦法共享
    thread t2(&A::output, &a);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

 

　　但互斥量自身也有問題。

　　當其中一個成員函數返回的是保護數據的指針或引用時，會破壞對數據的保護。具有訪問能力的指針或引用可以訪問(並可能修改)被保護的數據，而不會被互斥鎖限制。所以切勿將受保護數據的指針或引用傳遞到互斥鎖作用域之外，無論是函數返回值，還是存儲在外部可見內存，亦或是以參數的形式傳遞到用戶提供的函數中去。

　　另外還會造成死鎖，或是對數據保護的太多(或太少)的問題。