Garantiert „const' Thread-Sicherheit in C 11?

Bedeutet const Thread-Sicherheit in C 11?

Die Annahme, dass const Thread-Sicherheit in C 11 angibt, ist teilweise wahr. Gemäß dem C-Standard gelten Ausdrücke, die ausschließlich denselben Speicherort ändern oder darauf zugreifen, als widersprüchlich. Datenrennen entstehen, wenn es zwei widersprüchliche Aktionen in unterschiedlichen Threads gibt, von denen mindestens eine nicht atomar ist und keine vor der anderen auftritt.

Die Standardbibliothek erwartet, dass Operationen an const-Objekten threadsicher sind. Dies bedeutet, dass die Standardbibliothek keine Datenrennen einführt, solange Operationen an const-Objekten benutzerdefinierter Typen:

• ausschließlich aus Lesevorgängen bestehen
• Schreibvorgänge intern synchronisieren

Ein Verstoß gegen diese Erwartung kann zu Datenwettläufen bei Typen führen, die direkt oder indirekt mit Standardbibliothekskomponenten interagieren. Im Wesentlichen impliziert const Thread-Sicherheit aus der Sicht der Standardbibliothek, aber es bleibt ein Vertrag, den der Compiler nicht durchsetzt.

Const vs. Java's Synchronized

Const in C 11 ist nicht gleichbedeutend mit synchronisiert in Java. Betrachten Sie eine vereinfachte Rechteckklasse mit den Methoden set_size und area. Der Bereich ist nicht aufgrund von const threadsicher, sondern aufgrund seiner schreibgeschützten Natur. Allerdings kann set_size zu Datenwettläufen führen, wenn es gleichzeitig mit area aufgerufen wird.

Um die Thread-Sicherheit für die Rect-Klasse zu gewährleisten, reicht const allein nicht aus. Schreibvorgänge müssen intern synchronisiert werden, beispielsweise mit einem Mutex, um Datenrennen zu verhindern.

Auswirkungen auf die Thread-Sicherheit

Stellen Sie sich eine Rect-Klasse vor, die ihren Bereich zwischenspeichert, um Kosten zu vermeiden Berechnungen:

class rect {
    mutable int cached_area = 0;
    mutable bool cached_area_valid = true;
    // ...
};

Die Flächenmethode ist nicht mehr threadsicher, da sie Schreibvorgänge ausführt. Die Aufnahme der rect-Instanz in einen Standardcontainer impliziert einen Vertrag mit der Standardbibliothek, die Leseverhalten erwartet. Um diesen Vertrag beim Ausführen von Schreibvorgängen aufrechtzuerhalten, ist eine interne Synchronisierung mit einem Mutex erforderlich:

class rect {
    mutable std::mutex cache_mutex;
    // ...
};

Fazit

Const vermittelt Thread-Sicherheit in einem begrenzten Sinne, tut es aber kann es nicht garantieren. Um echte Thread-Sicherheit zu erreichen, sind möglicherweise zusätzliche Synchronisierungsmechanismen erforderlich, insbesondere für benutzerdefinierte Typen, die mit der Standardbibliothek interagieren.

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