【并发编程】线程安全的栈容器

std::stack容器的接口包括 empty(), size(), top(), push(), pop()等。

问题

其原接口在多线程的情况下，会持续很多问题。

例如，在std::stack容器的接口中，在多线程下应用时，empty()和size()的结果是不可信的。因为尽管在某线程调用empty()或size()时，返回值可能是正确的，但是一旦函数返回，其他线程就不再受限，从而能自由地访问栈容器，可能马上会有新元素入栈，或者现有的元素立即出栈，这会使前面线程得到的结果失效。

其次，top()和pop()之间也存在着竞争条件，例如

线程A	线程B
if(!s.empty());
	if(!s.empty());
int const value = s.top();
	int const value = s.top();
s.pop()
do_something(value);	s.pop()
	do_something(value);

假设，当前只有两个线程正在运行，且在两个top()调用之间不存在其他操作，那么栈容器不会被更改，即两个线程会得到相同的值。另外，在top()与pop()的调用之间也没有其他调用，结果栈顶元素被调用了两次，但栈顶的第二个元素却始终没被读取就丢弃了。

解决方法

为了线程安全，在每次操作之前，都加锁

面对第二个问题，将top()和pop()操作合二为一

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

struct empty_stack :std::exception
{
    const char* what() const throw();
};

template
class threadsafe_stack
{
private:
    stack data;
    mutable mutex m;

public:
    threadsafe_stack() {};
    threadsafe_stack(const threadsafe_stack& other)
    {
        lock_guard lock(other.m);
        data = other.data;
    }
    threadsafe_stack& operator=(const threadsafe_stack&) = delete;

    void push(T new_value)
    {
        lock_guard lock(m);
        data.push(move(new_value));
    }

    shared_ptr pop()
    {
        lock_guard lock(m);
        if (data.empty()) throw empty_stack();
        shared_ptrconst res(std::make_shared(data.top()));
        data.pop();
        return res;
    }

    void pop(T& value)
    {
        lock_guard lock(m);
        if (data.empty()) throw empty_stack();
        value = data.top();
        data.pop();
    }

    bool empty() const
    {
        lock_guard lock(m);
        return data.empty();
    }
};