C++线程安全的HashMap实现 |21xrx.com

C++线程安全的HashMap实现

2023-07-02 00:37:39 深夜i -- --

C++ 线程安全 HashMap 实现

在C++编程中，HashMap是一个常见的数据结构，它可以帮助我们快速地存储和检索键值对。然而，由于多线程的存在，当多个线程同时访问同一个HashMap时，可能会发生数据竞争问题，导致程序崩溃或者结果不正确。因此，在编写C++的HashMap时，必须格外注意线程安全性。

下面，我们来介绍一种线程安全的HashMap的实现方式。该实现方式基于C++11中的标准库，使用std::unordered_map作为底层容器，并使用互斥量来实现对HashMap的并发访问控制。

首先，我们需要定义一个线程安全的HashMap类，其中包含以下成员变量和函数：


template <typename Key, typename Value>
class ThreadSafeHashMap {
private:
 std::unordered_map<Key, Value> data_; // 底层容器
 std::vector<std::mutex> locks_; // 互斥量数组
 std::hash<Key> hash_; // 哈希函数
 size_t n_locks_; // 互斥量数量，通常设置为CPU核心数量的两倍
public:
 ThreadSafeHashMap(size_t n_locks = std::thread::hardware_concurrency() * 2);
 void insert(const Key& key, const Value& value);
 bool find(const Key& key, Value& value);
 bool erase(const Key& key);
};

- data_：底层容器，使用std::unordered_map实现。

- locks_：互斥量数组，用于控制对HashMap的并发访问，大小通常设置为CPU核心数量的两倍。

- hash_：哈希函数，用于将键转换为对应的哈希值。

- n_locks_：互斥量数量，通常设置为CPU核心数量的两倍。

接下来，我们来实现insert()函数，该函数用于向HashMap中插入一个键值对。为了实现线程安全，我们需要先根据键的哈希值计算出对应的互斥量索引，并使用该互斥量对锁进行保护，从而防止多个线程同时修改同一个桶。代码实现如下：


template <typename Key, typename Value>
void ThreadSafeHashMap<Key, Value>::insert(const Key& key, const Value& value) {
 size_t bucket = hash_(key) % locks_.size();
 std::lock_guard<std::mutex> guard(locks_[bucket]);
 auto iter = data_.find(key);
 if (iter == data_.end()) {
  data_.insert(std::make_pair(key, value));
 } else
  iter->second = value;
 
}

在insert()函数中，首先根据key计算出互斥量的索引bucket，然后使用std::lock_guard 保护锁，防止多个线程同时修改同一个桶。接着，我们使用std::unordered_map的find()函数来查找key是否已经存在，如果不存在，则使用std::unordered_map的insert()函数插入新的键值对，否则更新已有的键值对的值。由于我们在桶内使用了互斥量保护，因此不同的线程可以同时对不同的桶进行访问，从而提高了效率。

接下来，我们来实现find()函数，该函数用于查找给定的键是否存在，并返回对应的值。代码实现如下：


template <typename Key, typename Value>
bool ThreadSafeHashMap<Key, Value>::find(const Key& key, Value& value) {
 size_t bucket = hash_(key) % locks_.size();
 std::lock_guard<std::mutex> guard(locks_[bucket]);
 auto iter = data_.find(key);
 if (iter != data_.end())
  value = iter->second;
  return true;
  else
  return false;
 
}

在find()函数中，我们先根据key计算出互斥量的索引bucket，并使用std::lock_guard 保护锁。然后，我们使用std::unordered_map的find()函数查找key是否存在，如果存在，则将对应的值保存到value中，并返回true，否则返回false。同样地，由于我们在桶内使用了互斥量保护，因此不同的线程可以同时对不同的桶进行访问，从而提高了效率。

最后，我们来实现erase()函数，该函数用于删除给定的键值对。代码实现如下：


template <typename Key, typename Value>
bool ThreadSafeHashMap<Key, Value>::erase(const Key& key) {
 size_t bucket = hash_(key) % locks_.size();
 std::lock_guard<std::mutex> guard(locks_[bucket]);
 return data_.erase(key);
}

在erase()函数中，我们同样根据key计算出互斥量的索引bucket，并使用std::lock_guard 保护锁。然后，我们使用std::unordered_map的erase()函数删除对应的键值对，并返回删除是否成功的结果。

总之，线程安全的HashMap实现需要考虑到并发访问控制，通过使用互斥量对桶进行保护，可以有效地避免数据竞争和访问冲突问题。我们可以使用std::unordered_map作为底层容器，同时根据桶数量合理设置互斥量的数量，从而提高线程安全性和程序的性能表现。

上一篇: idea打包java可执行jar包

下一篇: C++函数修改数组值

评论区

()

相似文章