设计问题:std::map的线程安全性

Design Problem: Thread safety of std::map

本文关键字：线程 安全性 map std 问题      更新时间：2023-10-16

我使用std::map来实现我的本地哈希表，它将由多个线程同时访问。我做了一些研究，发现std::map不是线程安全的。因此，我将使用互斥锁对映射进行插入和删除操作。我计划使用单独的互斥锁，每个map条目对应一个互斥锁，这样它们就可以被独立修改。

我需要把查找操作也放在临界区下吗?查找操作是否会受到插入/删除操作的影响?还有比使用std::map更好的实现吗?

二叉树并不特别适合多线程，因为重新平衡可能在树范围的修改中退化。此外，全局互斥锁会对性能产生负面影响。

我强烈建议使用已经编写好的线程安全容器。例如，Intel TBB包含concurrent_hash_map .

如果您希望学习，这里有一些关于构建并发排序关联容器的提示(我相信完整的介绍不仅超出了我的能力范围，而且在这里也不合适)。

读/写

比起普通的互斥锁，你可能想使用读写互斥锁。这意味着并行的读，而写仍然严格顺序。

<<p> 的树/strong>

您还可以构建自己的红黑树或AVL树。通过在每个节点上增加一个读写互斥来扩展树结构。这允许您只阻塞树的部分，而不是整个结构，即使在重新平衡时也是如此。eg键间距足够远的插入可以并行。

跳跃表

链表更适合并发操作，因为您可以很容易地隔离修改的区域。

跳跃表建立在这种强度的基础上，但增加了结构，以提供O(log N)键访问。

遍历列表的典型方法是使用hand over hand习惯用法，也就是说，在释放当前节点的互斥锁之前，先获取下一个节点的互斥锁。跳跃列表添加了第二个维度，因为你可以在两个节点之间潜水，从而释放它们(并让其他步行者走在你前面)。

的实现比二叉搜索树简单得多。

持续

另一个有趣的部分是持久(或半持久)数据结构的思想，它经常出现在函数式编程中。二叉搜索树特别适合它。

基本思想是，一旦节点存在，就永远不要更改节点(或其内容)。你可以通过共享一个可变的头来实现，它将指向以后的版本。

  • To Read:你复制当前的头，然后使用它不用担心(信息是不可变的)
  • To Write:你要在常规树中修改的每个节点都被复制，副本被修改，因此你每次都重建树的一部分(直到根)，并更新头指向新的根。有一些有效的方法可以在树的下行过程中进行再平衡。顺序写入

主要优点是总有一个版本的地图可用。也就是说，即使另一个线程正在执行插入或删除操作，也始终可以读取。此外，由于read访问只需要单个并发的读取(当复制根指针时)，它们几乎是无锁的，因此具有出色的性能。

引用计数(内在)是这些节点的朋友。

注意:树的副本非常便宜:)

我不知道c++中任何并发跳跃表或并发半持久二叉搜索树的实现。

您确实需要将find放在临界区中，但是您可能希望有两个不同的锁，一个用于写，一个用于读。写锁是排他的，但是如果没有线程持有写锁，多个线程可以并发地读，没有问题。

这样的实现可以与大多数STL实现一起工作，但是它不符合标准。std::map通常使用红黑树实现，该树在读取元素时不会改变。如果map是用一棵树来实现的，那么树将在查找过程中改变，并且一次只有一个线程可以读取。

对于大多数用途，我建议使用两个锁。

是的，如果插入或删除导致重新平衡，我相信find也可能受到影响。

是-您需要将插入，删除和查找放在临界区。有一些技术可以同时实现多个查找。

据我所知，这里已经回答了一个类似的问题，并且答案还包括对该问题的解释，以及更详细地解释线程安全的链接。

只读操作std::map的线程安全性

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