基于锁的线程安全栈

学习并发数据结构的笔记，看这篇博客主要可以看代码，代码有注释

需要注意的点：

1、保证线程持有锁的时间最短；（最小保护区域原则）

2、操作需要获取多个锁时，可能会产生死锁（死锁：不同的线程相互等待锁，各自得不到需要的锁）；

3、在保证线程安全的前提下，提高并发访问的概率对数据结构；

4、调用不完全构造对象或是已经销毁对象的成员函数不可取；

存在的问题：

1、死锁问题：当持有一个锁的用户调用时，1、2、3处的拷贝构造和移动构造、拷贝赋值或者移动赋值，有造成死锁的风险；相当于说data本身的构造也是存在锁的。可如果控制不好，则能会造成死锁问题；如果data本身的构造不存在锁，则不会造成死锁问题；（注：需要考虑用户的data的构造里面有没有锁，会不会造成死锁）

2、性能问题：在等待push的过程中、在等待empty时，会造成资源浪费；

#include <exception>
#include <stack>
#include <mutex>
#include <memory>


//定义异常，可以抛出异常，但是stack数据没有改变，则是安全；
struct empty_stack: std::exception
{
    
    
    const char* what() const throw()
    {
    
    
        return "empty stack";
    }
};

template<typename T>
class threadsafe_stack
{
    
    
private:
    std::stack<T> data;//栈
    mutable std::mutex m;//每个线程访问时，都会共用的锁
public:
    //构造和析构不是线程安全的，用户需要保证在对象创建前和销毁后都不会进行操作；
    threadsafe_stack(){
    
    }
    threadsafe_stack(const threadsafe_stack& other)
    {
    
    
        std::lock_guard<std::mutex> lock(other.m);
        data=other.data;
    }
    threadsafe_stack& operator=(const threadsafe_stack&) = delete;

    //等待添加元素是没有意义的；
    void push(T new_value)
    {
    
    
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m);//加锁
        data.push(std::move(new_value));//1
    }
    std::shared_ptr<T> pop()
    {
    
    
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m);
        if(data.empty()) throw empty_stack();
        //1、make_shared共享指针，线程安全；
        //2、make_shared的异常不会导致内存泄漏和修改statck数据，所以是安全的；
        //3、拷贝构造或者移动时可能有异常，但是不会内存泄漏，新创建的对象也会销毁，是安全的；
        std::shared_ptr<T> const res(
            std::make_shared<T>(std::move(data.top())));//2
        data.pop();
        return res;
    }
    void pop(T& value)//引用返回，也是安全的
    {
    
    
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m);//加锁
        if(data.empty()) throw empty_stack();//在empty处重复加锁，属于良性竞争锁
        //1、拷贝和移动时会可能异常，但是不会修改statck数据，是安全的；
        value=std::move(data.top());//3
        data.pop();
    }
    bool empty() const
    {
    
    
        std::lock_guard<std::mutex> lock(m);//加锁
        return data.empty();
    }
};

参考：

1、《C+±Concurrency-In-Action-2ed》