延迟初始化缓存...如何使其线程安全？

Question

这就是我所拥有的：

• Windows 服务
  • C#
  • 多线程
  • 服务使用读-写-锁（一次多次读取，写入会阻塞其他读/写线程）
• 一个简单的自写 DB
  • C++
  • 足够小以适合内存
  • 足够大，不想在启动时加载它（例如 10GB）
  • 读取性能非常重要
  • 写作不太重要
  • 树形结构
  • 树节点中保存的信息存储在文件中
  • 为了提高性能，文件仅在第一次使用和缓存时加载
  • 延迟初始化可加快数据库启动速度

由于数据库将非常频繁地访问这些节点信息（每秒数千次）并且由于我不经常写入，因此我想要使用某种双检查锁定模式。

我知道这里有很多关于双重检查锁定模式的问题，但似乎有很多不同的意见，所以我不知道什么最适合我的情况。你会用我的设置做什么？

举个例子：

• 一棵有 100 万个节点的树
• ，每个节点存储一个键值对列表（存储在文件中用于持久化，文件大小大小：10kB），
• 当第一次访问节点时，会加载并存储该列表在地图（比如 std::map）中，
• 下次访问此节点时，我不必再次加载文件，我只需从地图中获取它。
• 唯一的问题：两个线程第一次同时访问该节点并且想要 写入缓存映射。这种情况发生的可能性很小，但也并非不可能。这就是我需要线程安全的地方，这不应该花费太多时间，因为我通常不需要它（特别是，一旦整个数据库都在内存中）。

Answer 1

关于双重检查锁定：

class Foo
{
  Resource * resource;

  Foo() : resource(nullptr) { }
public:
  Resource & GetResource()
  {
    if(resource == nullptr)
    {
      scoped_lock lock(mutex); 
      if(resource == nullptr)
        resource = new Resource();
    }
    return *resource;
  }
}

它不是线程安全的，因为您检查资源的地址是否为空。因为在初始化指向它的资源对象之前，资源指针有可能被分配给一个非空值。

但是使用 C++11 的“原子”功能，您可能会拥有双重检查锁定机制。

class Foo
{
  Resource * resource;
  std::atomic<bool> isResourceNull;
public:
  Foo() : resource(nullptr), isResourceNull(true) { }

  Resource & GetResource()
  {
    if(isResourceNull.load())
    {
      scoped_lock lock(mutex); 
      if(isResourceNull.load())
      {
        resource = new Resoruce();
        isResourceNull.store(false);
      }
    }
    return *resource;
  }
}

编辑：没有原子

#include <winnt.h>

class Foo
{
  volatile Resource * resource;

  Foo() : resource(nullptr) { }
public:
  Resource & GetResource()
  {
    if(resource == nullptr)
    {
      scoped_lock lock(mutex); 
      if(resource == nullptr)
      {
        Resource * dummy = new Resource();
        MemoryBarrier(); // To keep the code order
        resource = dummy;  // pointer assignment
      }
    }
    return  *const_cast<Resource*>(resource);
  }
}

MemoryBarrier() 确保首先创建 dummy 然后分配给resource。
根据此链接指针分配将在 x86 和 x64 系统中是原子的。并且易失性确保resource的值不会被缓存。

Answer 2

您是在问如何使读取数据库或读取节点线程安全吗？

如果您尝试后者并且不经​​常写作，那么为什么不让您的节点 不可变，就这样？如果您需要编写某些内容，请从现有节点复制数据，修改它并创建另一个节点，然后将其放入数据库中。