boost::asio io_service 和 std::containers 的线程安全性

Thread safety of boost::asio io_service and std::containers

本文关键字：containers 安全性 std 线程 service asio io boost      更新时间：2023-10-16

我正在使用boost::asio构建网络服务，但我不确定线程安全性。

io_service.run()仅从专用于io_service工作的线程中调用一次

另一方面，send_message()可以通过后面提到的第二个io_service处理程序中的代码调用，也可以由用户交互时的 mainThread 调用。这就是我紧张的原因。

std::deque<message> out_queue;
// send_message will be called by two different threads
void send_message(MsgPtr msg){
    while (out_queue->size() >= 20){    
        Sleep(50);
    }
    io_service_.post([this, msg]() { deliver(msg);  });
}
// from my understanding, deliver will only be called by the thread which called io_service.run()
void deliver(const MsgPtr){
    bool write_in_progress = !out_queue.empty();
    out_queue.push_back(msg);
    if (!write_in_progress)
    {
        write();
    }
}
void write()
{
    auto self(shared_from_this());
    asio::async_write(socket_,
        asio::buffer(out_queue.front().header(),
        message::header_length),    [this, self](asio::error_code ec, std::size_t/)
    {
        if (!ec)
        {
            asio::async_write(socket_,
                asio::buffer(out_queue.front().data(),
                out_queue.front().paddedPayload_size()),
                [this, self](asio::error_code ec, std::size_t /*length*/)
            {
                if (!ec)
                {
                    out_queue.pop_front();
                    if (!out_queue.empty())
                    {
                        write();
                    }
                }
            });
        }
    });
}

这种情况安全吗？

类似的第二种情况：当网络线程收到消息时，它会将它们发布到另一个asio::io_service该该也由其自己的专用线程运行。此io_service使用std::unordered_map来存储回调函数等。

std::unordered_map<int, eventSink> eventSinkMap_;
//...
// called by the main thread (GUI), writes a callback function object to the map
int IOReactor::registerEventSink(std::function<void(int, std::shared_ptr<message>)> fn, QObject* window, std::string endpointId){
    util::ScopedLock lock(&sync_);
    eventSink es;
    es.id = generateRandomId();
    // ....
    std::pair<int, eventSink> eventSinkPair(es.id, es);
    eventSinkMap_.insert(eventSinkPair);
    return es.id;
}
// called by the second thread, the network service thread when a message was received
void IOReactor::onMessageReceived(std::shared_ptr<message> msg, ConPtr con)
{    
    reactor_io_service_.post([=](){ handleReceive(msg, con); });
}
// should be called only by the one thread running the reactor_io_service.run()
// read and write access to the map
void IOReactor::handleReceive(std::shared_ptr<message> msg, ConPtr con){
   util::ScopedLock lock(&sync_);
   auto es = eventSinkMap_.find(msg.requestId);
    if (es != eventSinkMap_.end())
    {
    auto fn = es->second.handler;
    auto ctx = es->second.context;
    QMetaObject::invokeMethod(ctx, "runInMainThread", Qt::QueuedConnection, Q_ARG(std::function<void(int, std::shared_ptr<msg::IMessage>)>, fn), Q_ARG(int, CallBackResult::SUCCESS), Q_ARG(std::shared_ptr<msg::IMessage>, msg));
    eventSinkMap_.erase(es);       
}

首先：我甚至需要在这里使用锁吗？

Ofc 两种方法都访问映射，但它们不访问相同的元素（接收处理程序无法尝试访问或读取尚未注册/插入到映射中的元素）。这是线程安全的吗？

首先

，缺少很多上下文（在哪里调用onMessageReceived，ConPtr是什么？ 你有太多的问题。不过，我会给你一些具体的指示，对你有所帮助。

  1. 你应该在这里紧张： 

    void send_message(MsgPtr msg){
    while (out_queue->size() >= 20){    
        Sleep(50);
    }
    io_service_.post([this, msg]() { deliver(msg);  });
}

    检查out_queue->size() >= 20需要同步，除非out_queue线程安全。

    对io_service_.post的调用是安全的，因为io_service线程安全的。由于您有一个专用的 IO 线程，这意味着deliver()将在该线程上运行。现在，您也需要同步。

    我强烈建议在那里使用适当的线程安全队列。

  2. 问：首先：我甚至需要在这里使用锁吗？

    是的，您需要锁定才能进行地图查找（否则您将获得主线程插入接收器的数据竞赛）。

    您不需要在调用期间锁定（事实上，这似乎是一个非常不明智的想法，可能会导致性能问题或锁定）。由于迭代器失效规则，引用仍然有效。

    删除当然需要再次锁定。我会修改代码以立即进行删除和删除，并且仅在释放锁后调用接收器。注意您将不得不在这里考虑异常（在您的代码中，当调用期间出现异常时，接收器不会被删除（曾经？这可能对你很重要。

    现场演示

    void handleReceive(std::shared_ptr<message> msg, ConPtr con){
    util::ScopedLock lock(&sync_);
    auto es = eventSinkMap_.find(msg->requestId);
    if (es != eventSinkMap_.end())
    {
        auto fn  = es->second.handler;
        auto ctx = es->second.context;
        eventSinkMap_.erase(es); // invalidates es
        lock.unlock();
        // invoke in whatever way you require
        fn(static_cast<int>(CallBackResult::SUCCESS), std::static_pointer_cast<msg::IMessage>(msg));
    }
}
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