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C 11 中 `const` 保證線程安全嗎?

Dec 12, 2024 pm 01:10 PM

Does `const` Guarantee Thread Safety in C  11?

const 是否意味著 C 11 中的線程安全?

const 表示 C 11 中的線程安全的概念部分正確。根據(jù) C 標(biāo)準(zhǔn),僅修改或訪問同一內(nèi)存位置的表達(dá)式被視為沖突。當(dāng)不同線程中存在兩個(gè)沖突的操作時(shí),就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng),其中至少一個(gè)操作不是原子的,并且兩者都不會(huì)發(fā)生在另一個(gè)操作之前。

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)期望 const 對(duì)象上的操作是線程安全的。這意味著只要對(duì)用戶定義類型的 const 對(duì)象進(jìn)行操作,標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)就不會(huì)引入數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng):

  • 完全由讀取組成
  • 內(nèi)部同步寫入

違反此期望可能會(huì)導(dǎo)致直接或間接與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)組件交互的類型發(fā)生數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。本質(zhì)上,從標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的角度來看,const 意味著線程安全,但它仍然是編譯器不強(qiáng)制執(zhí)行的約定。

Const 與 Java 的 Synchronized

Const C 11 并不等同于Java 中的synchronized??紤]一個(gè)帶有 set_size 和 area 方法的簡(jiǎn)化矩形類。 area 是線程安全的,不是因?yàn)?const,而是因?yàn)樗闹蛔x性質(zhì)。但是,如果與area同時(shí)調(diào)用set_size,可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)爭(zhēng)用。

要確保 rect 類的線程安全,僅使用 const 是不夠的。寫入必須在內(nèi)部同步,例如使用互斥體,以防止數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。

對(duì)線程安全的影響

考慮一個(gè) rect 類,它緩存其區(qū)域以避免昂貴的代價(jià)計(jì)算:

區(qū)域方法不再是線程安全的,因?yàn)樗鼒?zhí)行寫入。將 rect 實(shí)例包含在標(biāo)準(zhǔn)容器中意味著與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)簽訂了合同,該合同期望讀取行為。為了在執(zhí)行寫入時(shí)維持此契約,需要與互斥體進(jìn)行內(nèi)部同步:

結(jié)論

Const 在有限的意義上傳達(dá)了線程安全性,但它確實(shí)如此不能保證。為了實(shí)現(xiàn)真正的線程安全,可能需要額外的同步機(jī)制,特別是對(duì)于與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)交互的用戶定義類型。

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