C++ const 成员函数 最好是多线程安全的

总览

• 核心

  • const修饰的成员函数理论上说是不会修改值的.

  • 如果有成员mutable,则是可以修改.

  • 修改就会遇到资源竞争和多线程安全问题。

• 多线程安全

  • 只有多线程共享的数据才会有多线程安全问题。

  • 即一致性问题，其实对于某些数据，只有整个独占才能保证多线程安全。

  • 或者确认不共享，只有一个线程串行使用。

• 文章内容

  • 多线程安全函数的案例不太靠谱。

  • 不过是针对C++98和C++11来将,还是有一点内容的。

多线程安全

• 读写模式

  • 采用volatile和内存屏障的形式保证一致性.

  • 修改方用函数修改了之后就写屏障使生效。读取方则短暂用读屏障，保证数据有效。

  • 适合特别短的代码等待。长等待需要用锁，让线程睡眠，以让出资源，而不是空转。

  • volatile和barrier一般是在C语言里面使用.

• 统计模式

  • atomic类对基本类型实现原子操作. 效率没有上面的高,不过更安全可靠.

• 长任务模式

  • 对于与需要常事件处理并占用一系列资源的情况. 需要用互斥。

  • mutex,sem,condition等.

C++11

• 简介

  • 支持了函数声明为const,表示函数不会修改类的成员数据,const类型.

  • 这类修饰表明了不会在函数中修改,不保证其他不会修改.

  • 仅仅是限制自身不会对内容进行修改.

• 修饰目的

  • 用于多线程安全,虽然可能也会发生修改.

  • 但是语义上不能修改. 而自己开发的时候 也需要注意.

  • 虽然 也可以通过mutable修饰变量可修改.

• const函数的本质

  • 普通函数,第一个参数是变量指针,第二三参数是其他.

  • 函数只能保障自己不会修改输入数据,即obj对象.

• 发现问题

  • 编译阶段发现问题。

  • 可以较早发现这类错误做法。

  • 主要是不修改当前类的值。

• 案例

  class T {
  public:
     void cool() const {
         x = 1;
     }
  public:
     mutable int x{0};
  };
  
  int main() {
     T d;
     d.cool();
  }
  

  • 这类是可以的,但是修改了值,就存在竞争问题。

  • 只读一般就不存在资源竞争问题。

• 竞争的原因

  • CPU缓存一致性导致读写数据不对。

  • 不修改，只读就不存在问题。对共享数据改就存在问题。

总结

• 建议const尽量做到多线程安全,即不修改数据.

• std::atomic比mutex效率高,使用场景是单个标量或者某个内存区间的值.