c++ 中的多线程线程安全动画建议

Question

我有一个基于计时器的动画程序，该程序计划在工作线程中运行。该程序被设计为在启动时始终运行。我还有一个图像生成线程，它负责图像处理，然后将每个处理后的图像（JPEG/PNG 格式）提供给动画线程以参与图像循环，无需用户干预。

这是一个典型的基于内存的图像循环程序。也就是说，所有用户选择的图像都被预先加载到RAM中。我使用映射容器来管理图像序列，以 std::map 的格式声明，它将 Key 类型的图像文件名与 Data 类型的 CBitmap 指针关联起来。我还使用向量字符串（如 std::vector 声明）以与上述映射键列表相对应的排序顺序保存图像文件列表的副本，以便按顺序号迭代每个图像。这可能没有必要。

关于动画控制，允许执行以下类似信息亭的操作（有些操作带有各自的变量声明）：

bool m_bPlay;   // Play forward
bool m_bPause; // Pause animation
bool m_bStop;  // Stop animation
bool m_bReverse; // Play backward
bool m_bRepeat; // Repeated play when reaching to last image
DWORD m_dwFrom;  // Starting image number
DWORD m_dwTo;    // Ending image number
DWORD m_dwCurrent;  // Current image number
DWORD m_dwFPS;   // Frames per second

其中 m_dwTo 变量可以由用户通过使用嵌入在主 GUI 窗口顶部的工具栏中的旋转按钮来更改，或者每次将新处理的图像添加到上述地图中时由应用程序自动增加，如下所示以及矢量容器。类似地，m_dwFrom 变量也可以像 m_dwTo 一样手动更改，或者根据用户定义的滚动存档配置（例如，keep 3天内），同时应将过期的图像从上述地图和矢量容器中删除。用户可以在图像循环过程中随时更改 m_dwFPS 变量，并在主 GUI 窗口顶部的工具栏中嵌入一个下拉列表框。

感谢您花时间阅读我想做的长篇解释。我希望它能帮助您回答我的以下问题：

1. 为了使 m_dwFrom、m_dwTo、m_dwCurrent 和 m_dwFPS 线程安全，使用 InterlockedExchange 或 InterlockedCompareExchange 是否比使用其他锁更高效且性能提升比如 CriticalSection、Mutex 等？
   
2. 如何使 std::map 和 std::vector 线程安全？仅使用传统锁，还是与编译器重新排序屏障（例如，Visual C++ 的 _ReadWriteBarrier）和/或 CPU 重新排序屏障（例如 MemoryBarrier x86 和 x64 CPU 系列）结合使用更好？
   
   

我期待看到您的建议。代码或虚假代码片段受到高度赞赏。预先感谢您！

金李

Answer 1

我可能是错的，但据我从你的描述中猜测，我会使用传统的锁和互斥体来使你的共享向量和映射以及其他共享变量线程安全。这只是最直接的方法，您的场景听起来并没有真正需要性能密集型来证明任何更复杂的事情是合理的。如果分析显示传统锁定成为性能问题，我只会接触任何更奇特的东西！

如何使 std::map 和 std::vector 线程安全？

常见的方法是简单地在需要访问的容器函数周围编写一个锁定包装器。例如：

class myAnimationManager{
private:
std::map<std::string, CBitmap*> m_imagesMap;
Mutex m_mutex;

public:
CBitmap * getImageByName(const std::string & _name)
{
ScopedLock l(m_mutex); //lock image map access
return m_imagesMaps[_name];
}
//...
};

使用标准锁定原语的好处不仅在于简单，而且在使用 boost::thread 时也具有可移植性。