并发写向量<bool>答案

【问题标题】：Write concurrently vector<bool>并发写向量<bool>
【发布时间】：2016-02-10 14:07:35
【问题描述】：

我知道可以从std::vector 并发读取而不会产生“坏”后果，因为此操作可以被认为是线程安全的。

但是对于写操作却不能这么说。但是，我想知道这是否总是正确的，例如考虑到我的特定情况。

我有一个std::vector<bool>，其中所有元素都初始化为false，并且，给定一个索引数组，我需要从false 更改这些元素的值（每个索引的vector[index]）到true。

如果我为每个索引使用不同的线程（并且某些索引可能具有相同的值），这个操作是否可以被认为是线程安全的？

如果向量是std::vector<int>（或任何原始类型）并且分配的值始终相同（例如 1），是否仍可以认为此操作是线程安全的？

【问题讨论】：

并发访问时向量的大小是否不变？
@decltype_auto 是的，向量的大小保持不变。
这在 SO 之前已经介绍过了。见：stackoverflow.com/questions/4346742/…stackoverflow.com/questions/9042571/…stackoverflow.com/questions/9305315/…
那么，给定“索引数组”，具有indirect_array 访问权限的 std::valarray 可能适合您。但这与您的并发主题无关。
@CraigEstey 请注意，这个问题更具体。

【解决方案1】：

对vector<bool> 的并发写入永远不会正常，因为底层实现依赖于vector<bool>::reference 类型的代理对象，它的作用就好像它是对bool 的引用，但实际上会根据需要获取和更新位域字节.

在不同步的情况下使用多个线程时，可能会发生以下情况：线程 1 应该更新一点，并读取包含它的字节。然后线程 2 读取相同的字节，然后线程 1 更新一个位并将字节写回，然后线程 2 更新另一个位并将字节写回，覆盖线程 1 的编辑。

这只是一种可能的情况，还有其他情况会导致相同类型的数据损坏。

在vector<int> 的情况下，如果您绝对确定所有线程将相同的值写入向量，那么此操作通常不会导致数据损坏。但是，该标准当然总是格外小心，并将对内存位置的所有并发访问（其中至少一个是写访问）定义为未定义行为：

如果其中一个修改了内存位置，而另一个读取或修改了相同的内存位置，则两个表达式计算会发生冲突。 – intro.races/2

因此，一旦您从两个不同的线程对同一元素进行任何修改操作，您就会遇到竞争条件并需要适当的同步，例如通过使用std::atomic<int>。

【讨论】：

"在vector的情况下，如果你绝对确定所有线程都将相同的值写入vector，那么这个操作永远不会导致数据损坏。" – 这是不正确的，对同一内存位置的并发写入会导致未定义的行为，无论要写入的值是否相同。引用(intro.races/2) 的话：“如果其中一个修改内存位置而另一个读取或修改相同的内存位置，则两个表达式计算会发生冲突。”
澄清一下……这适用于在同一索引处写入相同的值。如果所有线程都写入不同的索引，就像实际问题的一部分一样，内存位置将是分开的，并且没有数据竞争。
@ArneVogel 嗯，标准当然总是格外小心......你当然不会期望在几乎任何系统上都以非原子方式编写int。尽管如此，我还是把这句话放在我的回答中
@FelixDombek 如果您依赖相关标准中没有的期望，那么如果这些期望在未来被证明是错误的，那么您的代码就会严重崩溃。在经历了足够多的痛苦之后，你会认为我们会开始学习避免它。
@FelixDombek - 如果我使用大小为一个字节（而不是一个字）的“char”或“uint8_t”类型的向量，它是否是线程安全的

【解决方案2】：

[container.requirements.dataraces]/2 说：

尽管有 (17.6.5.9)，当同时修改同一容器中不同元素中包含的对象的内容时（vector<bool> 除外），实现需要避免数据争用。 p>

因此，您可以安全地从不同线程修改同一标准库容器的不同元素，除了当该容器为 vector<bool> 时。

【讨论】：