在多线程上下文中安全使用映射中的引用答案

【问题标题】：Safe use of a reference in a map in multi-threaded context在多线程上下文中安全使用映射中的引用
【发布时间】：2016-05-18 10:40:02
【问题描述】：

上下文

我有一个类（比方说Foo）管理一些集中式资源作为静态地图中的历史记录，具有读取它们的访问器和添加新数据的功能（无法删除密钥）：

class Foo
{
  private:
    static std::map<std::string,MyDataStructure> data;
  public:
    static const MyDataStructure& getData(const std::string& key)
    {
      assert(Foo::data.count(key) > 0); // Must exist
      return Foo::data[key];
    }
    static void addData(const std::string& key, const MyDataStructure& d)
    {
      assert(Foo::data.count(key) == 0); // Can not already exist
      Foo::data[key] = d;
    }
};

为了避免并发问题，我添加了一个我这样管理的互斥锁：

class Foo
{
  private:
    static std::map<std::string,MyDataStructure> data;
    static boost::mutex mutex_data;
  public:
    static const MyDataStructure& getData(const std::string& key)
    {
      boost::mutex::scoped_lock lock(Foo::mutex_data);
      assert(Foo::data.count(key) > 0); // Must exist
      return Foo::data[key];
    }
    static void addData(const std::string& key, const MyDataStructure& d)
    {
      boost::mutex::scoped_lock lock(Foo::mutex_data);
      assert(Foo::data.count(key) == 0); // Can not already exist
      Foo::data[key] = d;
    }
};

我的问题

我的第一个问题是关于getData 返回的对Foo::data 的引用：这个引用超出了互斥锁的范围，那么它可能有问题吗？是否有可能由于另一个访问添加数据而丢失引用？简而言之：地图中的引用总是相同的吗？
如果是，assert 是否需要在 addData 中？如果我更改链接到地图中现有键的数据，参考可以更改吗？
getData 中是否需要锁？如果std::map 已经是多线程安全的，我想可能不会。

【问题讨论】：

您是在此处使用断言，因为您的程序逻辑不允许在添加数据之前调用getData，还是使用它来检查地图中是否存在数据？
@MohamadElghawi ：这并不是真的不允许，但显然不是使用该对象的好方法。在我的程序中，Foo::data 是关于创建具有 uniqid 的对象的历史。尝试访问不存在的对象的历史是没有意义的。我使用assert，因为如果在发布模式下创建并返回空历史记录，这不是什么大问题。
如果不被禁止，那么我建议使用断言以外的东西。断言通常不会编译到发布版本中，因此您的检查不会停止存在于生产环境中。
这正是我所说的：在发布模式下不需要。对于使用该对象的开发人员来说，这是一个错误，而不是对于应用程序的用户。（参见按合同设计的编程）
其实我也有一个static bool hasKey(const std::string& key)函数，供用户在调用之前检查key是否存在。用户有责任仅使用现有密钥调用 getData，并且他拥有执行此操作的工具。但是不需要在我的问题中公开此功能。

标签： c++ concurrency reference mutex

【解决方案1】：

是否可能由于另一个访问添加数据而导致引用丢失？简而言之：地图中的引用总是相同的吗？

见Lifetime of references in STD collections

"对于std::map，只要不清除地图，不擦除特定引用元素，引用就有效；插入或擦除其他元素都可以。"

如果我更改链接到地图中现有键的数据，参考可以更改吗？

根据上述规则，不...修改映射中已有的引用只是调整同一地址的位。（只要您不通过删除密钥然后重新添加该密钥来实现修改。）

getData 中是否需要锁？如果 std::map 已经是多线程安全的，我认为可能不会。

见C++11 STL containers and thread safety

所以锁是必需的，因为在addData() 的插入过程中，映射结构的“内部布线”可能会不断变化……在没有防护的情况下，在getData() 的查找遍历过程中，该布线可能会被触发.

但是，如果您手头有引用，则可以在添加或删除期间读取或写入已存在的 MyDataStructure 引用之一。只是从地图到参考的导航过程需要确保在导航期间没有人在书写。

【讨论】：