std::string 内存管理特别,多线程使用时应注意

转自:http://blog.youkuaiyun.com/zhihuizhilv/article/details/5388946

VC2003开发程序,遇到一个崩溃的问题,经过苦苦查询,发现和std::string的内存管理以及自己的使用方法有关。

std::string使用懒惰的内存管理策略。例如:

string str1 = "sdsada";

string str2 = str1;

这时两个对象所指的字符串内存其实是同一块内存。也就是说,当通过str1构造str2的时候,str2并没有立刻分配一块自己的字符串内存,而是直接使用str1的,另外将这块内存的引用数加1。

不可思议的是,std::string并没有考虑多线程的并发问题,导致在多个线程间操作共享字符串内存的string对象时,可能出现问题。

 

为了避免这种隐患,只能保证多个线程操作的string对象间不要共享字符串内存。该上面的代码为:

string str2 = str1.c_str();

可以解决问题。

当然,也可以使用CString,就不用考虑这个问题啦。

 

<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何在C++多线程环境下实现std::unordered_map<std::string, std::string>类型变量的数据共享。用户还提到了示例代码,所以我需要提供具体的实现方法。 首先,用户的问题是关于多线程环境下共享数据的,这意味着可能会有多个线程同读写同一个unordered_map。这候线程安全是关键问题,因为标准库的容器本身不是线程安全的,直接并发访问会导致数据竞争和未定义行为。 接下来,我需要考虑常见的线程安全方法。通常有几种方法:使用互斥锁(mutex)、读写锁(比如shared_mutex),或者使用并发容器。不过C++标准库中没有现成的并发unordered_map,所以可能需要自己用锁来实现。 用户需要的是示例代码,所以该给出具体的代码示例。可能的情况是,使用std::mutex来保护每次对map的访问。例如,在读写操作前后加锁。但需要注意锁的粒度,避免性能问题。 另外,用户提供的引用中提到了std::unordered_map<int64_t, std::shared_ptr>,这可能是一个类似的使用场景,其中使用了锁来保护对map的访问。比如在引用1中的代码,使用std::lock_guard来锁定互斥量,确保在访问sendAutogradFunctions_的线程安全。这可能是一个参考点,说明在C++中使用互斥锁来保护unordered_map是可行的。 另一个引用提到Thrift的TProcessor接口,虽然和当前问题不直接相关,但可能暗示了处理并发请求的设计模式,但暂可能不需要考虑这部分。 接下来,我需要考虑不同的线程安全策略: 1. 互斥锁(std::mutex):每次访问map加锁,确保同一间只有一个线程访问。这种方法简单,但可能在高并发情况下性能不佳,尤其是读多写少的情况,因为每次读也需要加锁。 2. 读写锁(std::shared_mutex):C++17引入了shared_mutex,允许读操作共享锁,写操作独占锁。这样在读多写少的场景下可以提高性能。 3. 使用线程本地存储:如果数据不需要跨线程共享,或者每个线程有自己的副本,可能可行,但用户的问题明确是共享数据,所以这可能不适用。 4. 并发库:比如使用TBB的concurrent_unordered_map,但用户可能希望使用标准库,所以需要优先考虑标准库的解决方案。 因此,可能的示例代码展示使用mutex或shared_mutex来保护unordered_map。根据用户需求,给出两种方式的示例。 然后,示例代码该包括如何插入数据、读取数据,并确保线程安全。例如: 使用std::mutex: 在每次访问map使用lock_guard锁定mutex,这样无论是读还是写都互斥访问。 或者使用std::shared_mutex,这样在读取使用shared_lock(允许多个读),写入使用unique_lock(独占访问)。 另外,需要考虑异常安全,但lock_guard和shared_lock会在析构自动释放锁,所以没问题。 接下来,编写示例代码: 对于互斥锁的情况: #include <unordered_map> #include <mutex> #include <shared_mutex> #include <string> class ThreadSafeMap { private: std::unordered_map<std::string, std::string> map_; mutable std::mutex mutex_; public: void insert(const std::string& key, const std::string& value) { std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); map_[key] = value; } std::string get(const std::string& key) const { std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); auto it = map_.find(key); return it != map_.end() ? it->second : ""; } }; 而对于读写锁的情况: class ThreadSafeMapRW { private: std::unordered_map<std::string, std::string> map_; mutable std::shared_mutex rw_mutex_; public: void insert(const std::string& key, const std::string& value) { std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mutex_); map_[key] = value; } std::string get(const std::string& key) const { std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mutex_); auto it = map_.find(key); return it != map_.end() ? it->second : ""; } }; 这样,读写操作分别使用不同的锁,提高读的并发性能。 另外,需要注意移动语义或者避免不必要的拷贝,例如,在insert可能需要使用emplace或者移动参数,但用户示例可能不需要太复杂。 此外,还需要考虑其他操作,如删除元素、遍历等,但用户可能只需要基本的插入和查询。 另外,可能还需要考虑死锁问题,但使用RAII的lock_guard或unique_lock可以避免。 最后,给出这些示例代码,并说明它们的适用场景,比如mutex适合读写操作差不多的情况,而shared_mutex适合读多写少的情况。 同,引用中的示例使用lock_guard保护unordered_map的访问,这与用户的问题类似,可以引用说明使用互斥锁是常见做法[^1]。 最后,用户可能需要了解其他注意事项,比如性能优化、锁的粒度,或者替代方案如无锁数据结构,但标准库中没有无锁的unordered_map,所以可能需要第三方库,但用户可能更倾向于标准库的解决方案。 总结回答结构: 1. 引入问题,说明线程安全的必要性。 2. 提供两种实现方式:基于mutex和基于shared_mutex,附上代码示例。 3. 说明注意事项,比如性能、锁的粒度,异常安全,以及替代方案。 4. 生成相关问题,如如何优化性能、处理死锁,或者比较不同的锁机制。</think>在C++多线程环境下实现$std::unordered\_map<std::string, std::string>$的线程安全共享,需通过同步机制解决数据竞争问题。以下是两种典型实现方法及示例代码: --- ### 方法一:互斥锁(std::mutex) 通过互斥锁保证同一间仅一个线程访问容器: ```cpp #include <unordered_map> #include <mutex> #include <string> class ThreadSafeMap { private: std::unordered_map<std::string, std::string> data_; mutable std::mutex mtx_; public: void insert(const std::string& key, const std::string& value) { std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_); data_[key] = value; } std::string get(const std::string& key) const { std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_); auto it = data_.find(key); return (it != data_.end()) ? it->second : ""; } bool erase(const std::string& key) { std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx_); return data_.erase(key); } }; ``` - **特点**:简单可靠,但读写操作均需独占锁,适用于读写频率相近的场景[^1]。 --- ### 方法二:读写锁(std::shared_mutex) 通过读写锁区分读/写操作,提升读多写少场景的性能(C++17及以上): ```cpp #include <shared_mutex> class ThreadSafeMapRW { private: std::unordered_map<std::string, std::string> data_; mutable std::shared_mutex rw_mtx_; public: void insert(const std::string& key, const std::string& value) { std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx_); data_[key] = value; } std::string get(const std::string& key) const { std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx_); auto it = data_.find(key); return (it != data_.end()) ? it->second : ""; } }; ``` - **特点**:允许多线程并发读,写操作独占锁,适用于读操作远多于写的场景。 --- ### 关键注意事项 1. **锁粒度**:尽量缩小锁的作用范围,避免在锁内执行耗操作(如I/O)。 2. **异常安全**:使用RAII锁管理(如$std::lock\_guard$),确保异常自动释放锁。 3. **性能权衡**:读写锁性能优势仅在读多写少显著,否则可能增加复杂度[^1]。 4. **迭代器安全**:遍历操作需全程加锁,避免迭代过程中容器被修改。 ---
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