还有人认为C++容器是线程安全的吗？

news2024/11/19 9:39:59

C++标准库中的容器（如std::vector, std::list, std::map等）本身不是线程安全的、不是线程安全的、不是线程安全的，重要的事情讲三遍。这意味着如果你在多线程环境中同时访问（读或写）同一个容器实例，而没有进行适当的同步（如使用互斥锁、原子操作等），那么你的程序可能会遇到数据竞争和不一致的问题。幸运的时候你只是访问到了非预期的错误数据，但大多数情况下程序将会导致异常退出。

具体来说，C++标准库并没有为容器提供内置的线程安全机制。当你从多个线程访问容器时，必须确保：

读写分离：在任一时刻，要么只有一个线程在写入容器，要么所有线程都在读取容器，但不能同时有读和写操作。
使用同步机制：通过互斥锁（如std::mutex）、读写锁（如std::shared_mutex，C++17及以后）、条件变量、原子操作等同步机制来协调不同线程对容器的访问。

虽然C++标准库容器本身不是线程安全的，但我们可以使用类似 std::mutex 互斥锁来控制对容器的访问。以下示例展示了如何在多线程环境中安全地修改和访问 std::vector 中的数据。

示例：多线程安全地向 std::vector 添加元素

#include <iostream>  
#include <vector>  
#include <thread>  
#include <mutex>  
  
// 定义一个全局的互斥锁  
std::mutex g_mtx;  
  
// 定义一个全局的vector  
std::vector<int> g_data;  
  
// 线程函数，用于向vector中添加元素  
void add_data(int value) {  
    // 锁定互斥锁  
    std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mtx);  
  
    // 安全地向vector中添加元素  
    g_data.push_back(value);  
  
    // lock_guard的析构函数会自动解锁互斥锁  
}  
  
int main() {  
    // 创建并启动10个线程，每个线程向vector中添加一个唯一的值  
    std::thread threads[10];  
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {  
        threads[i] = std::thread(add_data, i);  
    }  
  
    // 等待所有线程完成  
    for (auto& th : threads) {  
        th.join();  
    }  
  
    // 输出vector的内容  
    for (int val : g_data) {  
        std::cout << val << ' ';  
    }  
    std::cout << std::endl;  
  
    return 0;  
}

以上示例我们定义了一个全局的 std::vector g_data 用于存储数据，和一个全局的 std::mutex g_mtx 用于同步对 data 的访问。add_data 函数接收一个 int 类型的参数 value，并使用 std::lock_guard(std::mutex) 来自动管理对 g_mtx 的锁定和解锁。

在 main 函数中，我们创建了一个 std::thread 数组 threads，并循环启动 10 个线程，每个线程调用 add_data 函数并传入一个唯一的值。

通过调用每个线程的 join 方法，等待所有线程完成它们的任务。确保在输出 g_data 的内容之前，所有元素都已被安全地添加到 data 中。

最后，遍历 g_data 并输出其内容。由于使用了互斥锁，可以确信将输出所有线程成功添加的元素。

-End-

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