Читаем Параллельное программирование на С++ в действии полностью

Параллельное программирование на С++ в действии

Этот код встречается настолько часто, а ненужная сериализация вызывает столько проблем, что многие предпринимали попытки найти более приемлемое решение, в том числе печально известный паттерн блокировка с двойной проверкой (Double-Checked Locking): сначала указатель читается без захвата мьютекса (1) (см. код ниже), а захват производится, только если оказалось, что указатель равен NULL. Затем, когда мьютекс захвачен (2), указатель проверяется еще раз (отсюда и слова «двойная проверка») на случай, если какой-то другой поток уже выполнил инициализацию в промежутке между первой проверкой и захватом мьютекса:

void undefined_behaviour_with_double_checked_locking() {

if (!resource_ptr) ←(1)

{

std::lock_guard lk(resource_mutex);

if (!resource_ptr) ←(2)

{

resource_ptr.reset(new some_resource);←(3)

}

resource_ptr->do_something(); ←(4)

}

«Печально известным» я назвал этот паттерн не без причины: он открывает возможность для крайне неприятного состояния гонки, потому что чтение без мьютекса (1) не синхронизировано с записью в другом потоке с уже захваченным мьютексом (3). Таким образом, возникает гонка, угрожающая не самому указателю, а объекту, на который он указывает; даже если один поток видит, что указатель инициализирован другим потоком, он может не увидеть вновь созданного объекта some_resource, и, следовательно, вызов do_something() (4) будет применен не к тому объекту, что нужно. Такого рода гонка в стандарте С++ называется гонкой за данными (data race), она отнесена к категории неопределенного поведения.

Комитет по стандартизации С++ счел этот случай достаточно важным, поэтому в стандартную библиотеку включен класс std::once_flag и шаблон функции std::call_once. Вместо того чтобы захватывать мьютекс и явно проверять указатель, каждый поток может просто вызвать функцию std::call_once, твердо зная, что к моменту возврата из нее указатель уже инициализирован каким-то потоком (без нарушения синхронизации). Обычно издержки, сопряженные с использованием std::call_once, ниже, чем при явном применении мьютекса, поэтому такое решение следует предпочесть во всех случаях, когда оно не противоречит требованиям задачи. В примере ниже код из листинга 3.11 переписан с использованием std::call_once. В данном случае инициализация производится путем вызова функции, но ничто не мешает завести для той же цели класс, в котором определен оператор вызова. Как и большинство функций в стандартной библиотеке, принимающих в качестве аргументов функции или предикаты, std::call_once работает как с функциями, так и с объектами, допускающими вызов.

std::shared_ptr resource_ptr;

std::once_flag resource_flag;←(1)

void init_resource() {

resource_ptr.reset(new some_resource);

}

│Инициализация производится

void foo() { ←┘ровно один раз

std::call_once(resource_flag, init_resource);

resource_ptr->do_something();

}

Здесь переменная типа std::once_flag (1) и инициализируемый объект определены в области видимости пространства имен, но std::call_once() вполне можно использовать и для отложенной инициализации членов класса, как показано в следующем листинге.

Листинг 3.12. Потокобезопасная отложенная инициализация члена класса с помощью функции std::call_once()

class X {

private:

connection_infо connection_details;

connection_handle connection;

std::once_flag connection_init_flag;

void open_connection() {

connection = connection_manager.open(connection_details);

}

public:

X(connection_info const& connection_details_):

connection_details(connection_details_) {}