C++ 标准库 thread_thread命名空间以及std::once_flag、std::call_once

原文链接：并发之（thread_thread命名空间） 并发之（一次调用：std::once_flag、std::call_once）

thread_thread命名空间

• 针对任何线程（包括主线程），声明了一个命名空间std::this_thread，用以提供线程专属的global函数
• 支持的操作如下：

yield()

• 函数this_thread::yield()用来告诉系统，放弃当前线程的时间切片余额是有好处的，这将使运行环境得以重新调度以便允许其他线程执行
• “放弃控制”的一个典型例子是，当等待或轮询另一线程，或等待或轮询“某个atomic flag被另一线程设定”：

• 另一个例子是，当你尝试锁定多个lock/mutex却无法取得其中一个lock或mutex，那么在尝试不同次序的lock/mutex之前你可以使用yield()，这会让你的程序更快些

一次调用：std::once_flag、std::call_once

• 先来看一些例子
• 有些代码中，某些代码会被多线程使用，但是当一个线程使用之后，其他线程就不能再去使用了
• 例如：
  • 下面的代码会调用一个initialize()初始化函数对某些东西进行初始化，当一个线程去初始化之后，另外的线程再次执行时就不需要再次去初始化了
  • 但是在多线程环境下，下面的if会造成data race，因为多个线程可能同时执行到了if，并且没有任何措施，导致都执行了if，因此造成两次初始化，与我们的初衷不符合

void initialize();
 
bool initialized = false;
//多线程环境操作下，此处会发生data race
if (!initialized)
{
    initialize();
    initialized = true;
}

• 例如：
  • 下面的代码与上面的演示案例类似。在多线程环境下时，可能有多个线程执行到foo()函数中的if，造成data race

static std::vector staticData;
std::vector initializeStaticData();
 
void foo()
{
    //多线程环境操作下，此处会发生data race
    if (staticData.empty())
    {
        staticData = initializeStaticData();
    }
}

• 这些案例在单线程中不会发生错误，但是在多线程环境中，如果多个线程对数据进行访问，那么就会发生data race

std::once_flag、std::call_once

• 对于上面的data race，有两种解决方案：
  • 一种使用mutex来对共享数据进行保护操作，确保在同一时间下，只有一个线程可以对共享数据尽心操作
  • C++标准库还提供了一个特殊的解法，那就是使用std::once_flag和std::call_once（头文件为）
• 例如在文章最开始的两个data race例子，我们可以将代码修改为下：

void initialize();
 
void foo()
{
    std::once_flag oc;
    //...
 
    //执行initialize函数，当下次再次执行到这个语句时，就不会再去执行了，因为oc被执行过一次了
    std::call_once(oc, initialize);
}

static std::vector staticData;
std::vector initializeStaticData();
 
void foo()
{
    static std::once_flag oc;
    //执行initializeStaticData函数，当下次再次执行到这个语句时，就不会再去执行了，因为oc被执行过一次了
    std::call_once(oc, [] {staticData = initializeStaticData(); });
}

• std::call_once的参数：
  • 参数1为一个std::once_flag变量
  • 参数2为一个可调用对象，如function、member function或lambda
  • 后面的参数是可选的，作为可调用对象的参数传递

工作原理

• 对于同一段代码，当call_once()被调用一次之后，当再次执行到这段代码时，once_flag标志被执行过一次之后，就不会再次执行了，因此达到了call_once中的可调用对象只能执行一次的目的

典型使用案例

• 典型的例子就是lazy initialization（缓式初始化）：第一次某个线程需要某数据而该数据必须备妥，于是此时处理它（但不在先前处理，因为你想节省空间；如果非必要的话就不处理它）
• 因此，多线程环境下的缓式初始化应该如下所示：

class X
{
public:
    data getData()const
    {
        std::call_once(initDataFlag, &X::initData, this);
        //...
    }
private:
    mutable std::once_flag initDataFlag;
    void initData()const;
};

相关注意事项

• 原则上你可以使用同一个once_flag调用不同的函数。之所以把once_flag当做第一实参传递给call_once()就是为了确保传入的机能只能被执行一次。因此，如果第一次调用成功，下一次调用又带着相同的once_flag，传入的技能就不会被调用——即使该机能与第一次有异
• 被调用的函数所造成的任何异常会被call_once()抛出。此情况第一次调用被视为不成功，因此下一次call_once()还可以再调用它所接受的技能