在多线程环境中读取/写入STL Map

Question

问题：我需要编写一个函数，该函数从映射中返回输入键的值。如果函数无法在映射中找到值，它将从数据库中获取值，写入映射以供将来使用并返回相同的值。可以有多个线程调用该函数。

我在想：

string GetData (const int key)
{

    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); //read lock
    string result = "not found";
    my_map::const_iterator iter = m.find(key);
    if ( iter != m.end() )//found
    {
       result = iter->second;
    }
    else //missing
    {
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); // write lock
        //fetch value from data base


        //if successful, add to the map
          m[key] = "missing data";
          result = "missing data";
     pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // unlock write lock
    }
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // unlock read lock
    return result;
}

这个函数线程安全吗？两个或多个线程是否可以在写锁上排队并从数据库中查询相同的键？如果是，我该如何避免这种情况？

Answer 1

此函数不是线程安全的，因为它会导致未定义的行为。当您尝试获取写锁时，您已经持有读锁。来自pthread_rwlock_wrlock的文档：

如果调用线程在调用 [pthread_rwlock_wrlock] 时持有读写锁（无论是读锁还是写锁），则结果未定义。

该解决方案也不是异常安全的。如果在持有锁时抛出异常，锁将不会被释放，您的应用程序无疑会死锁。您应该使用 C++ 线程库（Boost.Thread、OpenThreads、just::thread 或类似的东西），它提供面向 C++ 的设计，支持诸如 scoped_lock （或 lock_guard）。

至于使算法正确，您需要以下内容：

obtain read lock
attempt to find object
if object exists
    return object
else
    release read lock
    obtain write lock
    if object exists
        return object
    else
        insert object
        return object

[如果您使用某种lock_guard，则无需担心返回时释放持有的锁]

Answer 2

没有正确实施。不能在保持读锁的同时获取写锁，以免发生死锁。来自我的 Linux 机器上 pthread_rwlock_wrlock 的手册页：

pthread_rwlock_wrlock() 函数应向
rwlock 引用的读写锁。调用线程获取
如果没有其他线程（读取器或写入器）持有读写锁，则写入锁
锁定 rwlock。否则，线程将阻塞，直到它可以获取
锁。 如果调用时调用线程可能会死锁
使其持有读写锁（无论是读锁还是写锁）。

此外，您应该检查调用的返回值...例如，对同时读取器的数量存在实现定义的限制。

还有异常安全的常见问题......考虑范围保护或 try/catch 块。

Answer 3

一旦获得写锁，您可以修复它并再次查找该值。这应该足以解决您所描述的问题。像这样的东西：

string GetData (const int key)
{

    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock); //read lock
    string result = "not found";
    my_map::const_iterator iter = m.find(key);
    if ( iter != m.end() )//found
    {
        result = iter->second;
    }
    else //missing
    {
        // change from read mode to write mode
        pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // unlock read lock
        pthread_rwlock_wrlock(&rwlock); // write lock

        // Try again
        iter = m.find(key);
        if (iter != m.end()) {
            result = iter->second;
        } else {
            //if successful, add to the map
            m[key] = "missing data";
            result = "missing data";
        }
    }
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock); // unlock read/write lock
    return result;
}