Nonthreadsafe：防止多线程并发的代码实例

发布时间：2023-05-19

一、线程安全的重要性

在写代码时，我们需要考虑到多线程的并发问题。如果代码不是线程安全的，那么就会出现一些问题，比如数据竞争，死锁问题等。 所谓的线程安全，是指多线程环境下，同一个代码段对于多个线程来说是并不冲突的。 线程安全的代码可以保证被同时调用时也可以正常工作。也就是说，多线程环境下并发访问时不会出现问题。

二、什么是nonthreadsafe

在计算机编程过程中，如果一个程序不能同时被多个线程访问，我们称之为nonthreadsafe（非线程安全的）。 这种代码如果在多个线程之间共享，就可能会导致数据冲突，资源泄露以及其他的问题。 一个常见的例子就是SQLite数据库，在多线程环境下，如果数据库文件同步访问，那么会出现I/O读写同步竞争问题。

三、如何避免nonthreadsafe

为了避免nonthreadsafe的问题，我们需要使用线程同步。线程同步是一种操作，它能够确保在任何一个时刻只有一个线程能够访问共享资源。 常见的线程同步操作包括 Mutex（互斥锁），Semaphore（信号量），Critical Section（临界区）等。 下面示例代码演示了如何使用Mutex进行线程同步，来避免nonthreadsafe问题。

class MyClass {
private:
    std::mutex mutex_;
    int myInt_;  // 要进行同步的数据成员
public:
    void foo()
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); // 申请锁
        myInt_ = 42;  // 对数据成员进行操作
    }
};

四、使用atomic变量实现线程安全

C++11中引入了atomic变量，它能够确保在进行原子操作时，只有一个线程可以访问该变量。 使用atomic变量可以避免nonthreadsafe问题，下面示例代码展示了如何使用atomic变量实现线程安全。

#include <atomic>
std::atomic<int> myInt(0);
void increment()
{
    myInt++;  // 原子操作
}
void decrement()
{
    myInt--;  // 原子操作
}

五、使用RAII（资源获取即初始化）技术实现线程安全

RAII是一种C++编程技术，它能够在对象被创建时自动获取资源，对象被销毁时自动释放资源，从而确保程序不会泄露资源。 RAII技术可以用于实现线程安全，如下面的示例代码所示：

class MyClass {
private:
    std::mutex mutex_;
    int myInt_;
public:
    void foo()
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); // RAII锁
        myInt_ = 42;
    }
};

六、结论

在多线程环境下，代码必须是线程安全的，否则就会出现数据冲突，资源泄露以及其他问题。我们可以使用Mutex、atomic变量和RAII技术等手段来实现线程安全。 下面是一段综合体现线程同步，atomic变量和RAII技术的示例代码：

#include <atomic>
#include <mutex>
class MyClass {
public:
    explicit MyClass(int value) : myInt_(value) {}
    void increment()  // 原子操作
    {
        myInt_++; // 原子操作
    }
    void decrement()  // 原子操作
    {
        myInt_--;  // 原子操作
    }
    int getValue() const
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); // RAII锁
        return myInt_;
    }
private:
    std::atomic<int> myInt_;
    mutable std::mutex mutex_;
};
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