同步、线程安全接口的正确锁定模型

Question

我正在设计一个小型图书馆作为玩具项目的一部分。简化后，它会是这样的：

class FoobarManager {
    public:
        // Creates a new Foobar object internally an returns its ID
        int createNewFoobar();

        // Makes the Foobar object identified by foobarId frobnicate
        void frobnicate(int foobarId);

        // Removes the internal Foobar object identified by foobarId
        void removeFoobar(int foobarId);

    private:
        // ID - Foobar
        std::map<int, Foobar> allFoobars;
};

我的想法是我可以同时拥有多个 Foobar，每个都有一个 ID，我可以用它来请求 FoobarManager 来操作它们。我的目标是制作图书馆：

线程安全：不假设调用每个方法的线程。
同步：我希望 createNewFoobar() 到 return 一个 Foobar，而不是提供一个 onFoobarCreated() 回调。
从不同 Foobar 对象的角度来看尽可能独立：不要在一个对象 frobnicating 时锁定所有 Foobar 对象。

我似乎找不到一个好的锁定模型来满足所有这些要求。我想我至少需要一个 mutex 每个 Foobar，和另一个 mutex 来控制地图中的 insertion/deletion。

插入新对象与 frobnicate 一起工作似乎很容易：

int createNewFoobar() {
    std::lock_guard<std::mutex> mapLock(mapMutex);
    allFoobars[++nextId] = Foobar();
    return nextId;
}

void frobnicate(int foobarId) {
    // Not using lock_guard because we need to intertwine with another lock
    mapMutex.lock();
    if (allFoobars.count(foobarId) == 0) return;
    Foobar& fb = allFoobars.at(foobarId);
    // Lock on the Foobar mutex
    // ...
    mapMutex.unlock();
    fb.frobnicate();
    // Unlock the Foobar mutex
    // ...
}

但是，我无法弄清楚如何在不使 frobnicate() 对它的引用无效的情况下摆脱映射（及其互斥体）中的某个 Foobar。有办法实现吗？

我考虑过将所有调用序列化到一个消息队列中，并在内部使用异步回调，使用阻塞等待从外部看起来是同步的。那将是线程安全的并且看起来是同步的，但不会满足第 3 点。

Answer 1

通过在映射中存储指向 Foobar 的共享指针，您可以在 frobnicate 处理它时安全地删除它。

地图：

std::map<int, std::shared_ptr<Foobar> > allFoobars;

代码

int createNewFoobar() {
    // First create the Foobar, so a lengthy creation does not hold the mutex
    std::shared_ptr<Foobar> newFoobar(std::make_shared<Foobar>());

    std::lock_guard<std::mutex> mapLock(mapMutex);
    allFoobars[nextId] = newFoobar;
    return nextId++;
}

void frobnicate(int foobarId) {
    std::map<Foobar>::iterator findFoobar;

    {
        std::lock_guard<std::mutex> mapLock(mapMutex);
        findFoobar = allFobars.find(foobarId);
        if (findFoobar == allFoobar.end())
        {
            return;
        }
    }

    findFoobar.second->frobnicate();
}

然后，即使您从地图中删除 Foobar，findFoobar.second 中的共享指针仍会使其保持活动状态，直到 frobnicate 终止。

同步、线程安全接口的正确锁定模型

Proper locking model for synchronous, thread safe interface

c++

multithreading

locking