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如何实现C++线程安全的map？

2023-07-01 21:31:23 深夜i -- --

C++ 线程安全 map 实现

C++中的map是一个非常重要的数据结构，它可以存储键值对，并且可以快速地查找和访问这些数据。然而，在多线程环境下，使用map可能会导致线程安全问题。

在C++中，实现线程安全的map可以使用不同的方法。下面是一些实现线程安全map的方法：

1. 互斥锁

最简单的方法是使用互斥锁来保护map的访问。在访问map操作前先加锁，并在操作完成后释放锁。这样可以保证在同一时间内只有一个线程访问map，从而避免竞争条件。

示例代码：


#include <map>
#include <mutex>
std::map<int, int> my_map;
std::mutex my_mutex;
//访问map前先加锁
my_mutex.lock();
my_map[1] = 2;
//操作完成后释放锁
my_mutex.unlock();

2. 读写锁

如果多个线程只是读取map，并不涉及修改操作，可以使用读写锁来优化性能。读写锁允许多个线程同时读取共享数据，但只能有一个线程写入共享数据。

示例代码：


#include <map>
#include <shared_mutex>
std::map<int, int> my_map;
std::shared_mutex my_lock;
//读取数据前加读锁
my_lock.lock_shared();
//读取map中的数据
my_map.find(1);
//操作完成后释放读锁
my_lock.unlock_shared();
//写入数据前加写锁
my_lock.lock();
my_map[1] = 2;
//操作完成后释放写锁
my_lock.unlock();

3. 无锁数据结构

除了使用锁来保护map，还可以使用一些无锁数据结构来实现线程安全的map。例如，C++标准库中的std::atomic_flag可以用来实现无锁map。

示例代码：


#include <atomic>
template <typename K, typename V>
class thread_safe_map {
public:
  thread_safe_map()
    : head{ nullptr } {}
  void insert(const K& key, const V& val) {
    node* new_node = new node key;
    new_node->next = head.load();
    while (!head.compare_exchange_strong(new_node->next, new_node))
      ;
  }
  bool find(const K& key, V& val) const {
    node* current = head.load();
    while (current != nullptr && current->key != key)
      current = current->next;
    if (current == nullptr)
      return false;
    val = current->val;
    return true;
  }
private:
  struct node {
    K key;
    V val;
    node* next;
  };
  std::atomic<node*> head;
};

总之，在多线程环境下，实现线程安全的map需要谨慎处理。无论哪种方法，都需要十分注意线程安全和性能方面的问题，才能保证程序的正确性和性能。

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