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C++实现多线程同时读取同一个文件

2023-06-21 04:00:14 深夜i -- --

C++ 多线程读取文件

在C++中实现多线程同时读取同一个文件是一个常见的需求，特别是在需要处理大量数据的情况下。在多线程并发读取文件时，有助于提高效率和节省时间。本文将介绍如何在C++中实现多线程同时读取同一个文件。

使用文件锁

在多线程读取同一个文件的情况下，会出现竞争条件，导致数据混乱或者文件读写失败。为了避免这种情况，可以使用文件锁来确保在一个时间点只有一个线程可以访问文件。

在C++中使用文件锁需要：

1.打开文件：使用 fstream 类打开文件，该类会封装文件的读取、写入和定位操作。

2.获取文件锁：使用 std::filebuf 类的成员函数 lock() 获取文件锁。该函数会尝试获取独占锁。如果锁已经被另一个线程持有，则当前线程会一直等待直到锁可用。

3.读取文件：使用 fstream 类的成员函数读取文件内容。

4.释放文件锁：使用 std::filebuf 类的成员函数 unlock() 释放文件锁。

示例代码：

++
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <thread>
int main() {
 std::fstream f("test.txt", std::ios::out);
 f << "hello" << std::endl;
 f.flush();
 f.close();
 std::fstream i("test.txt", std::ios::in);
 std::thread t1([&i] {
  std::filebuf* pbuf = i.rdbuf();
  pbuf->lock();
  std::cout << "thread 1 read:" << std::endl;
  std::cout << pbuf->sgetc() << std::endl;
  pbuf->unlock();
 });
 std::thread t2([&i] {
  std::filebuf* pbuf = i.rdbuf();
  pbuf->lock();
  std::cout << "thread 2 read:" << std::endl;
  std::cout << pbuf->sgetc() << std::endl;
  pbuf->unlock();
 });
 t1.join();
 t2.join();
 return 0;
}

使用多个文件指针

另一种方法是为每个线程创建一个单独的文件指针，以避免多个线程之间的竞争条件。

为每个线程创建单独的文件指针，需要：

1. 打开文件：使用 fstream 类打开文件，该类会封装文件的读取、写入和定位操作。

2. 读取文件：同时使用两个指针读取文件，每个指针负责一部分数据。这可以通过调整每个指针的起点和终点来实现。

3. 合并结果：当每个线程读取数据后，可以将它们合并到一个数据结构中。

示例代码：

++
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
struct readfileinfo {
 const char* buffer;
 size_t size;
};
void readpart(std::string filename, size_t start, size_t end, readfileinfo& info) {
 std::ifstream ifs(filename, std::ios::in);
 if (!ifs.good())
  return;
 
 ifs.clear();
 ifs.seekg(start, std::ios::beg);
 auto size = end - start;
 char* buffer = new char[size];
 if (ifs.read(buffer, size)) {
  info.buffer = buffer;
  info.size = ifs.gcount();
 }
 delete[] buffer;
}
int main() {
 std::string filename = "data.txt";
 std::vector<std::thread> threads;
 std::vector<readfileinfo> results;
 auto file_size = std::filesystem::file_size(filename);
 auto thread_count = std::thread::hardware_concurrency();
 auto part_size = file_size / thread_count;
 size_t start = 0;
 size_t end = part_size;
 for (size_t i = 0; i < thread_count; i++) {
  if (i == thread_count - 1)
   end = file_size;
  
  results.emplace_back();
  threads.emplace_back(std::thread(readpart, filename, start, end, std::ref(results.back())));
  start += part_size;
  end += part_size;
 }
 for (auto& t : threads) {
  if (t.joinable()) {
   t.join();
  }
 }
 // Merge results
 for (auto& r : results) {
  std::cout.write(r.buffer, r.size);
 }
 return 0;
}

结论

在C++中实现多线程同时读取同一个文件需要注意并发的数据访问问题。使用文件锁或为每个线程分配单独的文件指针是避免数据混乱和文件读写失败的方法。无论使用哪种方法，都应该在多线程读取文件时小心处理竞争条件和线程同步。

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