Linux 之 【多线程】（STL、智能指针与线程安全、读者写者问题）

目录

1.STL、智能指针与线程安全

STL容器默认不是线程安全的

智能指针线程安全

2.读者写者问题

背景

读写锁核心特性

321原则

优先级策略

POSIX读写锁接口

读写锁示例

设置写者优先示例

1.STL、智能指针与线程安全

STL容器默认不是线程安全的

多线程环境下需要调用者自行保证线程安全
常见方案：使用外部锁（如std::mutex）保护容器操作

智能指针线程安全

1.unique_ptr（独享所有权）

• 线程安全特性：不涉及线程安全问题

• 原因：只在当前代码块范围内生效，独占资源所有权，不存在多个线程共享的情况

2. shared_ptr（共享所有权）

两部分需要区分对待：

关键理解：

• 引用计数的增减是原子操作，多个线程同时操作shared_ptr不会导致计数错乱

• 但通过shared_ptr访问的资源对象本身，需要调用者自行加锁保护

2.读者写者问题

• 背景

多读少写场景：某些公共数据修改机会少，但读取查找操作频繁且耗时。传统互斥锁会严重降低并发效率，需要专门机制处理

• 读写锁核心特性

• 321原则

• 优先级策略

读者优先策略下，只要存在任何读者正在读取数据，后续到达的读者可以立即获得读锁继续读取，而写者必须等待所有读者释放锁后才能写入。这种策略适合读操作极其频繁、写操作可以延迟的场景，但可能导致写者饥饿——当读者持续不断地到来时，写者可能永远无法获得写锁

写者优先策略下，一旦有写者到达并等待写锁，后续新到达的读者将被阻塞，不能插队读取，直到等待的写者完成写入操作。这种策略确保写操作能及时执行，适合需要数据及时更新的场景，但可能造成读者饥饿——如果写者频繁出现，读者可能长时间无法获取读锁。

• POSIX读写锁接口

// 设置优先级 int pthread_rwlockattr_setkind_np(pthread_rwlockattr_t *attr, int pref); /* pref取值： PTHREAD_RWLOCK_PREFER_READER_NP - 读者优先（默认） PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NP - 写者优先（有BUG，实际同读者优先） PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NONRECURSIVE_NP - 写者优先，写者不可递归 */ // 初始化和销毁 int pthread_rwlock_init(pthread_rwlock_t *restrict rwlock, const pthread_rwlockattr_t *restrict attr); int pthread_rwlock_destroy(pthread_rwlock_t *rwlock); // 加锁和解锁 int pthread_rwlock_rdlock(pthread_rwlock_t *rwlock); // 读锁 int pthread_rwlock_wrlock(pthread_rwlock_t *rwlock); // 写锁 int pthread_rwlock_unlock(pthread_rwlock_t *rwlock); // 解锁

• 读写锁示例

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> // 共享数据 int shared_data = 0; // 读写锁 pthread_rwlock_t rwlock; // 读者线程 void* reader(void* arg) { int id = *(int*)arg; while (1) { // 加读锁 pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); printf("读者 %d 读取数据: %d\n", id, shared_data); // 模拟读取耗时 usleep(100000); pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // 间隔一段时间再读 usleep(500000); } return NULL; } // 写者线程 void* writer(void* arg) { int id = *(int*)arg; while (1) { // 加写锁 pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); shared_data++; printf("写者 %d 修改数据为: %d\n", id, shared_data); // 模拟写入耗时 usleep(200000); pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // 间隔一段时间再写 usleep(2000000); } return NULL; } int main() { // 初始化读写锁（默认读者优先） pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL); pthread_t readers[3], writers[2]; int reader_ids[3] = {1, 2, 3}; int writer_ids[2] = {1, 2}; // 创建3个读者线程 for (int i = 0; i < 3; i++) { pthread_create(&readers[i], NULL, reader, &reader_ids[i]); } // 创建2个写者线程 for (int i = 0; i < 2; i++) { pthread_create(&writers[i], NULL, writer, &writer_ids[i]); } // 运行一段时间后退出（示例用sleep） sleep(10); // 销毁读写锁 pthread_rwlock_destroy(&rwlock); return 0; }

• 设置写者优先示例

#include <stdio.h> #include <pthread.h> #include <unistd.h> pthread_rwlock_t rwlock; int shared_counter = 0; void* reader_func(void* arg) { int id = *(int*)arg; for (int i = 0; i < 5; i++) { pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); printf("读者 %d 读取: %d\n", id, shared_counter); usleep(50000); // 模拟读取 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); usleep(100000); } return NULL; } void* writer_func(void* arg) { int id = *(int*)arg; for (int i = 0; i < 3; i++) { pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); shared_counter++; printf("写者 %d 写入: %d\n", id, shared_counter); usleep(100000); // 模拟写入 pthread_rwlock_unlock(&rwlock); usleep(500000); } return NULL; } int main() { // 设置写者优先 pthread_rwlockattr_t attr; pthread_rwlockattr_init(&attr); pthread_rwlockattr_setkind_np(&attr, PTHREAD_RWLOCK_PREFER_WRITER_NONRECURSIVE_NP); pthread_rwlock_init(&rwlock, &attr); pthread_t readers[5], writers[2]; int reader_ids[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; int writer_ids[2] = {1, 2}; // 创建线程 for (int i = 0; i < 5; i++) { pthread_create(&readers[i], NULL, reader_func, &reader_ids[i]); } for (int i = 0; i < 2; i++) { pthread_create(&writers[i], NULL, writer_func, &writer_ids[i]); } // 等待线程结束 for (int i = 0; i < 5; i++) { pthread_join(readers[i], NULL); } for (int i = 0; i < 2; i++) { pthread_join(writers[i], NULL); } pthread_rwlock_destroy(&rwlock); pthread_rwlockattr_destroy(&attr); return 0; }