std::map 的高效线程同步技术答案

【问题标题】：Efficient thread synchronization technique for std::mapstd::map 的高效线程同步技术
【发布时间】：2013-08-30 10:30:33
【问题描述】：

我有std::map< StudentName, Marks >，其中StudentName 是std::string，Marks 是一个整数。

现在，在我的应用程序中，多个线程正在访问此映射以：

问题：在多线程环境中对std::map 进行上述操作最有效的方法是什么？

当前解决方案： 在地图上执行所有这些操作的代码都放在临界区中。但这会降低性能。
（例如，如果一个线程正在为特定学生添加分数，为什么其他要为不同学生添加分数的线程需要等待？）

这是我认为可以做到的：
我从 SO 上的其他类似问题/答案中收集了有关地图上多线程的信息，这就是我认为我需要做的。前提是 std::map 不是线程安全的，（即更新时没有其他线程应该访问映射）

但我不确定如何实现这一点（可以使用哪些线程同步对象/技术）我正在通过 VS2010 在 Windows 上开发此应用程序

请问这里有什么建议或替代方法吗？

更新： 感谢大家的意见。不幸的是，VS2010 中没有可用的原子整数。所以，这就是我计划根据你的意见做的事情。我将拥有三种锁：在地图上：map_read_lock、map_write_lock 关于元素：element_write_lock （对于每个元素）

现在，

在地图中查找元素时：获取 map_read_lock （这将允许我同时查找）

在map中添加/删除元素时：获取map_write_lock （这样会阻止容器的并发更新，我认为不推荐）

更改值时：Get (map_read_lock & element_write_lock) （这将允许并行更改不同的值，但会阻止同时更改相同的值。此外，将防止在容器更新时更改值，反之亦然反之）

【问题讨论】：

使用互斥锁，即 boost::mutex 和 scope_lock。而最重要的锁只在你必须的时候并且只用了一点时间。例如，当您将元素插入地图并获取值时。就这样。顺便说一句，考虑使用 hashmap，即 std::unordered_map - 在某些情况下更有效。
Provided STL map are not thread safe, (i.e. no other thread should access map when it is being updated) 不完全是，我已经在这里回答了类似的问题stackoverflow.com/questions/16130494/… 如果您不修改地图本身，则可以访问它的元素以进行读写，只要有给定元素没有竞争条件。
@LukeCodeBaker 他需要以某种方式同步他的所有操作。
您是如何使用 C++ 实现 map_read_lock、map_write_lock.. 的？几个 std::mutex？
@Johy 我用过libuv's thread sync functions。对于读锁uv_rwlock_rdlock and for write uv_rwlock_wrlock，他们在内部使用了相关操作系统的锁定功能，而不是标准，但我不记得了。相当古老的回忆:) 但你可以参考他们的文档。感谢您的提问。

【解决方案1】：

当一个线程增加标记时会发生什么学生 A，另一个线程删除学生 A？你需要即使只是修改标记，也会在地图上锁定。或者您需要更复杂的事务管理（这可能不是对于这样一个简单的情况是合理的）。

或者，您可以在地图上使用 rwlock，以及独占锁定地图中的每个元素。要修改标记，您需要地图上的读锁和元素上的排他锁；到添加或删除一个学生，你在地图上写一个锁。但这需要大量的额外资源。

【讨论】：

如果学生被引用计数并且“删除”只是“从地图中删除”（取决于引用计数以实际释放数据），那么您在修改分数时还需要锁定地图吗？
@WanderingLogic 学生如何被引用计数？它们存在于地图中。
我们即将为Marks 类型的每个对象添加一个互斥锁。所以我假设我们可以同时使Marks 成为结构的智能指针。（或者我想，由于 Marks 目前只是一个整数，我们可以将其设为 std::atomic_int，然后在地图上使用 rwlock。）
这里当然没有理由在任何地方使用动态分配，因此也没有智能指针。不过，使用std::atomic_int 的想法很好；无论开销如何，它都比每个条目使用互斥锁要少得多。
那么，“保留 std::atomic_int 类型的标记并在地图上使用 rwlock”是最好的解决方案吗？另外，我们是否在 STL 中内置了 rwlock 函数，或者您指的是使用 boost 等？

【解决方案2】：

之后，您可以考虑Reader/Writer lock，其中 Reader 锁不是独占的。但请注意，因为实际评分是写作，所以您可能需要为每个学生设置另一个锁以避免争用。

【讨论】：

【解决方案3】：

我只想将最后两个（添加/删除 StudentName）活动排除在外（在向地图添加/删除元素时，不应并行执行其他活动）

为此，您需要在地图上设置读取器/写入器锁。

不允许多个线程访问同一地图元素（以免多个线程同时尝试增加/减少同一学生的分数）

这也是相对简单的：地图的每个元素都应该有自己的锁。这样，在不修改地图结构的情况下访问元素时，您可以：

从而并行访问多个单独的元素。

在您的Mark 的特定情况下，您也可以查看std::atomic。当一个简单的atomic 可以做你想做的事情时，无需使用锁:)

【讨论】：

std::atomic 将有助于标记的递增/递减。但是如果另一个线程删除了地图元素呢？猜猜我们还需要锁吗？如有错误请指正。
@Andrew：这就是地图本身的读/写锁的原因。要递增/递减，您需要锁定（读取模式），因此在此期间排除了对地图本身的任何添加/删除操作。
现代 C++ 中“每个元素都需要自己的锁”的最佳实现是什么？几个 std::mutex 或 shared_mutex？
@Johy：鉴于应用程序的基本功能，每个元素一个 std::mutex 就足够了......尽管考虑到 C++11 的历史，我真的鼓励人们使用 @ 987654325@ 标记它会更轻量级。
@MatthieuM。但是如果我事先不知道容器中有多少元素，我该如何使用原子，因为我无法制作它们的容器