前言

在上一则教程中,我们引入了智能指针的相关概念,并详细地说明了智能指针的用法,而且我们也对智能指针进行了一些完善,使其更加具备普适性,在前一则教程中,我们也提到了说虽然已经完善了很多,但是仍然存在着问题,这个问题是什么呢?我们本节教程将着重叙述这个内容。在阅读本则教程之前需要阅读上一则教程:适合具备 C 语言基础的 C++ 教程(十三)

 

多线程下存在的问题

在讲述多线程下存在的问题之前,我们需要了解一下在一个系统中,当要对一个变量进行操作的时候,需要经历哪些步骤,步骤如下:

 

image-20210302124451534

 

由上述示意图可知,如果要进行 count++,那么这个时候要进行读入,+1,写入三个操作。而正是因为这个操作,那么在多线程的情况下,如果处理不当,就会导致错误。

 

我们来回忆一下上一则教程中智能指针的内容,为了防止在使用智能指针时,多个指针指向同一个对象,导致的多次释放同一块内存区域的问题。我们引入了count计数来记录一个对象被指向的次数,表示这个对象有多少个指针指向它。如果现在有多个指针指向同一个对象,那么就就需要根据count值来决定是否释放对象的内存,因为如果这个对象被两个指针所指向,根据其中一个指针销毁了这块内存区域的时候,那么另一个指针将会出现问题,所以 count的值非常关键。

 

那在上述的流程图中,我们知道了改变count值所遵循的这样一个步骤,在这个步骤的基础上会存在什么问题呢?这就是本节所要研究的问题。当当前的系统处于一个多线程运行的情况下的时候,那么当前的代码就不是线程安全的,我们来看下面的解析:

 

在基于前面的智能指针的基础上,我们写出如下代码,首先是:

 

sp s1 = new Person();

 

那么这时候可以知道 s1->getStrongCount()等于1,然后,紧接着是如下两句代码:

 

sp s2 = s1;
sp s3 = s1;

 

那么这个时候s1->getStrongCount()等于3,常规来讲是这样子的,但是并不排除特殊情况下会出现问题,假设我们现在有两个线程,线程 A 执行的是sp s2 = s1;这条语句,而线程 B 执行的是sp s3 = s1;这条语句,我们根据系统写入一个变量的流程,将线程 A 执行的过程分为A1A2以及A3,同样的,我们将线程B执行的过程分为B1B2以及B3,而这个时候,我们假设以时间 t为时间轴,线程 A 和线程 B 的执行过程如下所示:

 

--------------------------------------------------------------------------------------->t(时间t)
A1(读操作)-->A2(++操作,注意还没写入)-->B1(读操作)-->B2(++操作,注意还没写入)-->B3(写入)-->A3(写入)
count = 1;count++;                 count = 1;   count++;                count = 2;  count =2;

 

所以最终的 count值等于2,与实际应该等于的3不相符,造成了错误,所以称之为线程不安全的。

 

原子操作

那针对于上述所提到的这个问题,该如何解决呢,我们知道造成上述问题的主要原因是一个count++操作分成了三个步骤,那么实际上只要将这三个步骤合并为一个步骤,那么问题自然也就能够得到解决,而这种操作也被称之为是原子操作。

 

我们采用 Android源码里面的轻量级指针来实现这个功能,我们来看源代码中的原子操作:

 

image-20210306163342799

 

这样处理之后,那么在多线程的情况下,就不会导致count值出错,因为其在进行++操作或者是--操作的时候,只需要一步就可以完成。

 

基于此,我们来编写我们的 Person类,代码如下所示:

 

#include 
#include 
#include 
#include "RefBase.h"

using namespace std;
using namespace android::RSC; /* 轻量级指针所在的命名空间 */

class Person : public LightRefBase
{
public:
    Person()
    {
        cout << "Person()" << endl;
    }

        ~Person()
    {
        cout << "~Person()"<    }
    void printInfo(void)
    {
        cout<<"just a test function"<    }
};

 

注意,我们在使用了Android的轻量级指针之后,其内部已经包含了 sp类,就不需要我们自己实现了,我们接下来看之前所写的测试函数:

 

template
void test_func(sp &other)
{
    sp s = other;

    cout<<"In test_func: "<getStrongCount()<
    s->printInfo();
}

 

紧接着然后是主函数,主函数代码如下所示:

 

int main(int argc, char **argv)
{
    sp other = new Person();

    (*other).printInfo();
    cout<<"Before call test_func: "<getStrongCount()<
    for (i = 0; i < 2; i++)
    {
        test_func(other);
        cout<<"After call test_func: "<getStrongCount()<    }
    return 0;
}

 

代码的执行结果也是正确的,结果如下所示:

 

image-20210306164643325

 

回过头来,看文章前面,提到了线程安全,其实上当前对于Android源代码来说,线程安全这个说法只是针对于 count值而言的,其本身在多线程的运行下并不是线程安全的,为什么这么说呢,我们来看代码中关于delete操作部分的代码,代码如下所示:

 

image-20210306165429952

 

如果说上述代码中判断了count的值已经满足delete对象的操作,但是这个时候被其他线程切换出去了,并且执行了sp s3 = s;这条语句,那么这个时候count的值就已经不满足delate对象的操作了,但是此时还是执行了delete操作,那么这个时候就导致了出错。所以说其实这里所说的轻量级指针也不是线程安全的。

 

小结

本次的分享主要是对上节内容的一个补充,其中提及到了原子操作以及轻量级指针的概念,笔者关于C++的教程是在学习韦东山老师的C++时的一个总结与记录,本人也并不会Android开发。本节所涉及的代码可以通过下面百度云链接的方式获取到。

 

链接:https://pan.baidu.com/s/1ih7DrXIYiOuIH0NktcnMhg

提取码:otdy

 

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