多线程(补充知识)

STL库，智能指针和线程安全

STL中的容器是否是线程安全的? 不是.
原因是, STL 的设计初衷是将性能挖掘到极致, 而一旦涉及到加锁保证线程安全,会对性能造成巨大的影响.
而且对于不同的容器, 加锁方式的不同, 性能可能也不同(例如hash表的锁表和锁桶).
因此 STL 默认不是线程安全. 如果需要在多线程环境下使用, 往往需要调用者自行保证线程安全.

智能指针是否是线程安全的?
对于 unique_ptr, 由于只是在当前代码块范围内生效, 因此不涉及线程安全问题.
对于 shared_ptr, 多个对象需要共用一个引用计数变量, 所以会存在线程安全问题.
但是标准库实现的时候考虑到了这个问题, 基于原子操作(CAS)的方式保证 shared_ptr 能够高效, 原子的操作引用计数.
即share_ptr也是线程安全的！但是注意，share_ptr是线程安全的，但并不意味着它所指向的资源也是线程安全的

其它锁介绍

悲观锁：
在每次取数据时，总是担心数据会被其他线程修改，所以会在取数据前先加锁（读锁，写锁，行锁等），当其他线程想要访问数据时，被阻塞挂起。
乐观锁：
每次取数据时候，总是乐观的认为数据不会被其他线程修改，因此不上锁。但是在更新数据前，会判断其他数据在更新前有没有对数据进行修改。主要采用两种方式：版本号机制和CAS操作。
CAS操作：
当需要更新数据时，判断当前内存值和之前取得的值是否相等。如果相等则用新值更新。若不等则失败，失败则重试，一般是一个自旋的过程，即不断重试

自旋锁

我们之前学的互斥锁，申请不到锁的时候，都会被挂起等待
那挂起等待的操作是由谁来完成的呢？
答案还是我们的OS(操作系统)老大.
阻塞或者唤醒一个线程对OS来说其实也会是一种负担，假如一个线程持有锁的时间很短，即OS刚让没有抢到锁的线程阻塞等待，还没等一会儿，持有锁的线程就说自己完成任务了，OS又要把刚阻塞等待的线程唤醒，这样效率就不高！
那有没有其它锁，一直轮询，看锁是否释放了，而不是阻塞等待？
答案是有的，就是我们接下来要介绍的自旋锁.
自旋锁的本质就是轮询，不达目的不罢休
线程获取不到自旋锁，并不会被阻塞等待，而是一直询问拿到锁的线程，什么时候好？一旦完成任务，释放锁，就立马获取锁，省下了线程状态切换的消耗
那什么时候采用互斥锁，什么时候采用自旋锁呢？
关键就是等待时间的长短，即访问临界区要花费多少时间
假如锁被占用的时间很短，那自旋的效果就很不错
反之，假如一直占用，来完成任务，那自旋的效果就大打折扣，白白浪费处理器资源

读写锁

在编写多线程的时候，有一种情况是十分常见的。那就是，有些公共数据修改的机会比较少。
相比较改写，它们读的机会反而高的多。通常而言，在读的过程中，往往伴随着查找的操作，中间耗时很长。给这种代码段加锁，会极大地降低我们程序的效率。
那么有没有一种方法，可以专门处理这种多读少写的情况呢？ 有，那就是我们接下来要介绍的读写锁。

读者写者的"321"原则

3: 读者读者(无关系) 写者写者(互斥) 读者写者(互斥，同步)
2:读/写
1:交易场所

可以看到它和我们生产者消费者模型是非常相似的，唯一有一个重大区别就在于在cp问题中，消费者之间是互斥的，但是读者与读者是互相不影响的
原因在于消费者会拿走数据！但是读者并不会，只是访问相应的数据
理解读者写者问题，可以类比于我们小学时出黑板报
看黑板报的同学就是读者，出黑板报的同学就是写者
读者与读者间看黑板报互不影响
但是写者工作的时候，读者就不要看了，看了也没用，都没出完；同理，读者看的时候，写者就不要继续工作了，别人欣赏着，你突然将黑板报全部擦干净，只会得罪别人.

对应的接口

伪代码讲解原理

本质上是采用类似信号量的方式来实现的

最核心的其实就是保证
有一个读者读，写者不能写；但其它读者还可以进
所以最关键的还是读者这部分信号量的申请

写者饥饿问题

由上面的伪代码我们也可以发现
写者这个执行流是很容易长期持有不到锁的，只要reader_cnt一直不为0，也就是有读者读，写者就写不了
这也符合我们有些公共数据修改的机会比较少的场景(修改频率低)
一般默认读者优先，即有一把锁空闲出来，默认读者线程拿
我们还可以设置为写者优先策略，正在读的读者线程依旧可以继续读完，但是比写者线程晚到的读者线程就要往后排一下队.