如何使用std::execution::par_unseq线程安全生成线程？

Question

我正在阅读C++并发操作。它说，当您使用std::execution::par时，您可以在每个内部元素使用互斥量，如下所示。

#include <mutex>
#include <vector>

class X {
  mutable std::mutex m;
  int data;

 public:
  X() : data(0) {}
  int get_value() const {
    std::lock_guard guard(m);
    return data;
  }
  void increment() {
    std::lock_guard guard(m);
    ++data;
  }
};

void increment_all(std::vector<X>& v) {
  std::for_each(v.begin(), v.end(), [](X& x) { x.increment(); });
}

但是它说，当您使用std::execution::par_unseq时，您必须用一个完整的容器互斥对象替换这个互斥对象，如下所示

#include <mutex>
#include <vector>

class Y {
  int data;

 public:
  Y() : data(0) {}
  int get_value() const { return data; }
  void increment() { ++data; }
};

class ProtectedY {
  std::mutex m;
  std::vector<Y> v;

 public:
  void lock() { m.lock(); }
  void unlock() { m.unlock(); }

  std::vector<Y>& get_vec() { return v; }
};

void incremental_all(ProtectedY& data) {
  std::lock_guard<ProtectedY> guard(data);
  auto& v = data.get_vec();
  std::for_each(std::execution::par_unseq, v.begin(), v.end(),
                [](Y& y) { y.increment(); });
}

但是即使使用第二个版本，并行算法线程中的y.increament()也有数据争用条件，因为并行算法线程之间没有锁。

如何使用std::execution::par_unseq的第二个版本是线程安全的？

Answer 1

它仅是线程安全的，因为您不能访问并行算法中的共享数据。

唯一并行执行的是对y.increment()的调用。这些情况可以在任何顺序、任何线程上发生，并且可以任意交织在一起，甚至在单个线程内也是如此。但是y.increment()只访问y的私有数据，而且每个y都不同于所有其他向量元素。因此，这里没有数据竞赛的机会，因为各个元素之间没有“重叠”。

另一个不同的例子是，如果increment函数还访问在向量的所有不同元素之间共享的全局状态，那么情况就不同了。在这种情况下，现在存在数据竞争的可能性，因此需要同步对共享全局状态的访问。但是，由于并行未排序策略的特定需求，您不能只在这里使用互斥进行同步。

请注意，如果在并行算法的上下文中使用互斥对象，则可能会防止不同的危害:一种使用是使用互斥在执行for-each的不同线程之间进行同步。这适用于并行执行策略，但不适用于无顺序并行执行策略。这不是示例中的用例，因为在您的示例中没有共享数据，因此我们不需要任何同步。相反，在您的示例中，互斥体只同步for-每个线程对任何其他线程的调用，这些线程可能仍然作为更大应用程序的一部分运行，但是for-每个线程本身没有同步。这对于并行和并行都是有效的用例，但在后一种情况下，不能通过使用每个元素互斥来实现。