写时复制 (COW) 惯用法的线程安全实现？

Question

任何人都可以向我指出 Copy-on-write (COW)< 的线程安全实现/a> 习语？ 此网站上的示例代码看起来不错 - 是它是线程安全的吗？

如果有人想知道我将用它做什么：我有一个 Foo 类，它有一个 std::map 成员。 Foo 对象在我的代码中被频繁复制，但副本很少修改所包含的 map。我发现与在 Foo 复制构造函数中复制整个映射内容相比，COW 的性能提升了 22%，但是当使用多个线程时，我的 COW 实现会崩溃。

更新：

好的，这是代码，简化为一个最小的示例，因为您要求它：

首先，一个引用计数映射：

class RcMap {                             
 public:
  typedef std::map<int,double> Container;
  typedef Container::const_iterator const_iterator;
  typedef Container::iterator iterator;

  RcMap() : count_(1) {}

  RcMap(const RcMap& other) : count_(1) {
    m_ = other.Get();
  }

  unsigned Count() const { return count_; }
  unsigned IncCount() { return ++count_; }
  unsigned DecCount() {
    if(count_ > 0) --count_;
    return count_;
  }
  void insert(int i, double d) {
    m_.insert(std::make_pair(i,d));
  }
  iterator begin() { return m_.begin(); }
  iterator end() { return m_.end(); }
  const_iterator begin() const { return m_.begin(); }
  const_iterator end() const { return m_.end(); }

 protected:
  const Container& Get() const { return m_; }

 private:
  void operator=(const RcMap&); // disallow

  Container m_;
  unsigned count_;
};

这是类Foo包含这样一个地图 RcMap，使用写入时复制机制：

class Foo {
 public:
  Foo() : m_(NULL) {}

  Foo(const Foo& other) : m_(other.m_) {
    if (m_) m_->IncCount();
  }

  Foo& operator= (const Foo& other) {
    RcMap* const old = m_;
    m_ = other.m_;
    if(m_ != 0)
      m_->IncCount();
    if (old != 0 && old->DecCount() == 0) {
      delete old;
    }
    return *this;
  }

  virtual ~Foo() {
    if(m_ != 0 && m_->DecCount() == 0){
      delete m_;
      m_ = 0;
    }
  }

  const RcMap& GetMap() const {
    if(m_ == 0)
      return EmptyStaticRcMap();
    return *m_;
  }

  RcMap& GetMap() {
    if(m_ == 0)
      m_ = new RcMap();
    if (m_->Count() > 1) {
      RcMap* d = new RcMap(*m_);
      m_->DecCount();
      m_ = d;
    }
    assert(m_->Count() == 1);
    return *m_;
  }

  static const RcMap& EmptyStaticRcMap(){
    static const RcMap empty;
    return empty;
  }

 private:
  RcMap* m_;
};

我还无法使用这个最小的示例重现崩溃，但在我的原始代码中，当我使用副本时会发生崩溃并行 Foo 对象的构造函数或赋值运算符。但也许有人可以发现线程安全错误？

Answer 1

COW 本质上是线程安全的，因为原始版本本质上是不可变的，并且只有引发副本的线程才能在创建过程中看到复制的版本。您只需要注意两件事：

1. 确保在复制发生时原始内容不会被另一个线程删除。不过，这是一个正交问题（例如，您可以使用线程安全的引用计数）。
2. 确保复制时执行的所有读取操作都是线程安全的。这很少是一个问题，但有时读取可能会填充缓存。
   • 事实上，如果违反了这一假设，就会出现读取操作不是线程安全的问题，并且可能会影响更多的代码，而不仅仅是 COW。

Answer 2

RcMap 的引用计数需要原子化才能保证线程安全。在 G++ 4.1 中，您可以使用原子内置函数 来实现这一点。

Answer 3

如果您要复制可变映射（看起来像这样），那么在复制完成之前不要减少原始对象的引用计数。 （因为否则您可能最终会允许写入正在复制的对象，从而破坏线程安全。）

更好的是，如果可以的话，使用完全不可变的映射实现（通过使用共享子结构使复制和更新更加便宜）。关于此主题的上一个问题目前尚未得到解答。