適合具備 C 語言基礎(chǔ)的 C++ 教程（十四）

前言

在上一則教程中，我們引入了智能指針的相關(guān)概念，并詳細地說明了智能指針的用法，而且我們也對智能指針進行了一些完善，使其更加具備普適性，在前一則教程中，我們也提到了說雖然已經(jīng)完善了很多，但是仍然存在著問題，這個問題是什么呢？我們本節(jié)教程將著重敘述這個內(nèi)容。在閱讀本則教程之前需要閱讀上一則教程：適合具備 C 語言基礎(chǔ)的 C++ 教程（十三）

多線程下存在的問題

在講述多線程下存在的問題之前，我們需要了解一下在一個系統(tǒng)中，當(dāng)要對一個變量進行操作的時候，需要經(jīng)歷哪些步驟，步驟如下：

image-20210302124451534

由上述示意圖可知，如果要進行 count++，那么這個時候要進行讀入，+1，寫入三個操作。而正是因為這個操作，那么在多線程的情況下，如果處理不當(dāng)，就會導(dǎo)致錯誤。

我們來回憶一下上一則教程中智能指針的內(nèi)容，為了防止在使用智能指針時，多個指針指向同一個對象，導(dǎo)致的多次釋放同一塊內(nèi)存區(qū)域的問題。我們引入了count計數(shù)來記錄一個對象被指向的次數(shù)，表示這個對象有多少個指針指向它。如果現(xiàn)在有多個指針指向同一個對象，那么就就需要根據(jù)count值來決定是否釋放對象的內(nèi)存，因為如果這個對象被兩個指針?biāo)赶?，根?jù)其中一個指針銷毀了這塊內(nèi)存區(qū)域的時候，那么另一個指針將會出現(xiàn)問題，所以 count的值非常關(guān)鍵。

那在上述的流程圖中，我們知道了改變count值所遵循的這樣一個步驟，在這個步驟的基礎(chǔ)上會存在什么問題呢？這就是本節(jié)所要研究的問題。當(dāng)當(dāng)前的系統(tǒng)處于一個多線程運行的情況下的時候，那么當(dāng)前的代碼就不是線程安全的，我們來看下面的解析：

在基于前面的智能指針的基礎(chǔ)上，我們寫出如下代碼，首先是：

sp s1 = new Person();

那么這時候可以知道 s1->getStrongCount()等于1,然后，緊接著是如下兩句代碼：

sp s2 = s1;
sp s3 = s1;

那么這個時候s1->getStrongCount()等于3，常規(guī)來講是這樣子的，但是并不排除特殊情況下會出現(xiàn)問題，假設(shè)我們現(xiàn)在有兩個線程，線程 A 執(zhí)行的是sp s2 = s1;這條語句，而線程 B 執(zhí)行的是sp s3 = s1;這條語句，我們根據(jù)系統(tǒng)寫入一個變量的流程，將線程 A 執(zhí)行的過程分為A1、A2以及A3，同樣的，我們將線程B執(zhí)行的過程分為B1、B2以及B3，而這個時候，我們假設(shè)以時間 t為時間軸，線程 A 和線程 B 的執(zhí)行過程如下所示：

--------------------------------------------------------------------------------------->t(時間t)
A1(讀操作)-->A2(++操作，注意還沒寫入)-->B1(讀操作)-->B2(++操作，注意還沒寫入)-->B3(寫入)-->A3(寫入)
count = 1；count++;                 count = 1;   count++;                count = 2;  count =2;

所以最終的 count值等于2，與實際應(yīng)該等于的3不相符，造成了錯誤，所以稱之為線程不安全的。

原子操作

那針對于上述所提到的這個問題，該如何解決呢，我們知道造成上述問題的主要原因是一個count++操作分成了三個步驟，那么實際上只要將這三個步驟合并為一個步驟，那么問題自然也就能夠得到解決，而這種操作也被稱之為是原子操作。

我們采用 Android源碼里面的輕量級指針來實現(xiàn)這個功能，我們來看源代碼中的原子操作：

image-20210306163342799

這樣處理之后，那么在多線程的情況下，就不會導(dǎo)致count值出錯，因為其在進行++操作或者是--操作的時候，只需要一步就可以完成。

基于此，我們來編寫我們的 Person類，代碼如下所示：

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

using namespace std;
using namespace android::RSC; /* 輕量級指針?biāo)诘拿臻g */

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

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

注意，我們在使用了Android的輕量級指針之后，其內(nèi)部已經(jīng)包含了 sp類，就不需要我們自己實現(xiàn)了，我們接下來看之前所寫的測試函數(shù)：

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

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

緊接著然后是主函數(shù)，主函數(shù)代碼如下所示：

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;
}

代碼的執(zhí)行結(jié)果也是正確的，結(jié)果如下所示：

image-20210306164643325

回過頭來，看文章前面，提到了線程安全，其實上當(dāng)前對于Android源代碼來說，線程安全這個說法只是針對于 count值而言的，其本身在多線程的運行下并不是線程安全的，為什么這么說呢，我們來看代碼中關(guān)于delete操作部分的代碼，代碼如下所示：

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如果說上述代碼中判斷了count的值已經(jīng)滿足delete對象的操作，但是這個時候被其他線程切換出去了，并且執(zhí)行了sp s3 = s;這條語句，那么這個時候count的值就已經(jīng)不滿足delate對象的操作了，但是此時還是執(zhí)行了delete操作，那么這個時候就導(dǎo)致了出錯。所以說其實這里所說的輕量級指針也不是線程安全的。

小結(jié)

本次的分享主要是對上節(jié)內(nèi)容的一個補充，其中提及到了原子操作以及輕量級指針的概念，筆者關(guān)于C++的教程是在學(xué)習(xí)韋東山老師的C++時的一個總結(jié)與記錄，本人也并不會Android開發(fā)。本節(jié)所涉及的代碼可以通過下面百度云鏈接的方式獲取到。

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

提取碼：otdy

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