C++并发编程：线程安全链表
问题描述
最近遇到这么一个问题，一个处理路径的函数，在多线程中被调用，我需要记录某个状态的路径，并在后续当再次处于某个状态时，从链表中将其取出。
为了满足这个需求，用来存储的数据结构要满足：
- 线程安全：防止在多线程中错误地对一个变量进行修改
- 便于查询
- 便于插入、删除
最终想来选择了线程安全的链表，同时备选的队列，但队列不满足便于查询。
工程实践
作为一个“资深”程序员，我已经熟练掌握了从浩如烟海的百度中用CV大法来进行开发的武功。
所以，我很快地搜索到一段代码：
#include
#include
#include
template // 模板
class ThreadsafeList
{
struct node // 定义链表节点
{
std::mutex m; // 互斥体，用来保证线程安全，锁住节点
std::shared_ptr data; // 数据，不必多讲
std::unique_ptr next; // 指向下一个节点
node() : next(){}
node(T const& value) : data(std::make_shared(value)) // 拷贝构造函数
{}
};
node head;
public:
ThreadsafeList()
{}
~ThreadsafeList()
{
remove_if([](T const&) {return true; });
}
ThreadsafeList(ThreadsafeList const& other) = delete;
ThreadsafeList& operator=(ThreadsafeList const& other) = delete;
void push_front(T const& value) // 在头节点插入函数
{
std::unique_ptr new_node(new node(value)); // 创建一个新的节点
std::lock_guard lk(head.m); // 锁
new_node->next = std::move(head.next);
head.next = std::move(new_node);
}
template
void for_each(Function f) // 遍历函数
{
node* current = &head;
std::unique_lock lk(head.m); // 对头节点上锁
while (node* const next = current->next.get())
{
std::unique_lock next_lk(next->m); // 上锁
lk.unlock(); // 对上个节点解锁
f(*next->data);
current = next;
lk = std::move(next_lk);
}
}
template
std::shared_ptr find_first_if(Predicate p) // 查询函数
{
node* current = &head;
std::unique_lock lk(head.m);
while (node* const next = current->next.get())
{
std::unique_lock next_lk(next->m);
lk.unlock();
if (p(*next->data))
{
return next->data;
}
current = next;
lk = std::move(next_lk);
}
return std::shared_ptr();
}
template
void remove_if(Predicate p) // 删除函数
{
node* current = &head;
std::unique_lock lk(head.m);
while (node* const next = current->next.get())
{
std::unique_lock next_lk(next->m);
if (p(*next->data))
{
std::unique_ptr old_next = std::move(current->next);
current->next = std::move(next->next);
next_lk.unlock();
}
else
{
lk.unlock();
current = next;
lk = std::move(next_lk);
}
}
}
};
int main()
{
//简单函数功能测试
ThreadsafeList list;
list.push_front(1);
list.for_each([](const int& item) {
std::cout << item << " ";
});
std::cout << std::endl;
std::shared_ptr ptr=list.find_first_if([](const int& item) {return item == 1; });
if (ptr.get()!=nullptr) {
std::cout << *ptr << std::endl;
}
}
代码分析
在类ThreadSafeList中直接声明了一个结构体变量，比较少见，我也顺手查了一下。
这种方法和在面定义结构体，没什么区别，但是这里需要主义的是，在引用node节点的时候，没有public、private等，所以他是私有的。
class中默认的成员访问权限是private的，而struct中则是public的。
结构体中定义了一个互斥体，这就是保障线程安全的关键所在，每次要对节点进行操作的时候，就先上锁。
struct node // 定义链表节点
{
std::mutex m; // 互斥体，用来保证线程安全，锁住节点
std::shared_ptr<T> data; // 数据，不必多讲
std::unique_ptr<node> next; // 指向下一个节点
node() : next(){}
node(T const& value) : data(std::make_shared<T>(value)) // 拷贝构造函数
{}
};
以查询函数为例：
std::unique_lockstd::mutex next_lk(next->m); 这是上锁操作，且使用的是unique_lock，这样就有俩种解锁方式，一种是unlock()，第二种就是在析构函数中解锁了，这也防止我们忘记解锁，这也满足了RAII原则。
template<typename Predicate>
std::shared_ptr<T> find_first_if(Predicate p) // 查询函数
{
node* current = &head;
std::unique_lock<std::mutex> lk(head.m);
while (node* const next = current->next.get())
{
std::unique_lock<std::mutex> next_lk(next->m);
lk.unlock();
if (p(*next->data))
{
return next->data;
}
current = next;
lk = std::move(next_lk);
}
return std::shared_ptr<T>();
}
综上所述，这个类是满足我们选择“线程安全链表”的需求的
代码测试
写一个例子来测试一下。
这是我模拟我的需求写的一个简易例子，多线程对类中同一个数据链表进行读写访问，经过检测，没有出现问题！
// ThreadSafe.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//
#include