面试题：C++中this指针在多线程环境下成员函数区分对象数据的挑战与应对

Question

考虑一个多线程环境下的C++类 `ThreadSafeClass`，它有成员变量 `int sharedData;` 和成员函数 `void incrementData()`，该函数用于对 `sharedData` 进行自增操作。由于多线程同时访问可能导致数据竞争，在 `incrementData` 函数中需要使用 `this` 指针结合适当的同步机制（如互斥锁）来确保每个线程操作的是正确对象的 `sharedData`，请实现 `incrementData` 函数，并深入分析 `this` 指针在多线程场景下区分对象数据所面临的挑战及你的应对策略。

Answer 1

实现 incrementData 函数

#include <mutex>

class ThreadSafeClass {
private:
    int sharedData;
    std::mutex dataMutex;
public:
    ThreadSafeClass() : sharedData(0) {}

    void incrementData() {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(dataMutex);
        sharedData++;
    }
};

this 指针在多线程场景下区分对象数据所面临的挑战及应对策略

挑战

1. 数据竞争：在多线程环境下，多个线程可能同时调用 incrementData 函数，由于不同线程可能同时访问和修改 sharedData，会导致数据不一致问题。例如，线程A读取 sharedData 的值为10，线程B也读取了值10，然后线程A将其增加到11，线程B也将其增加到11，而不是预期的12。
2. 对象混淆：如果有多个 ThreadSafeClass 对象，this 指针需要明确指向当前操作的对象。但在多线程环境下，可能出现线程在操作对象过程中，由于上下文切换，另一个线程开始操作不同对象的 sharedData，导致数据错误。

应对策略

1. 使用互斥锁：如上述代码中，通过 std::mutex 和 std::lock_guard 来保证在任何时刻只有一个线程能够访问和修改 sharedData。std::lock_guard 在构造时自动锁定互斥锁，在析构时自动解锁，从而避免手动管理锁的生命周期可能出现的错误。
2. 基于 this 指针的锁定：在上述实现中，虽然没有直接利用 this 指针进行锁定，但实际上 dataMutex 是属于每个 ThreadSafeClass 对象的，因此当不同线程调用不同对象的 incrementData 函数时，各自的 dataMutex 可以保证对各自对象的 sharedData 进行正确的同步操作。这就间接利用了 this 指针来区分不同对象的数据，确保每个线程操作的是正确对象的 sharedData。

通过以上策略，可以有效解决 this 指针在多线程场景下区分对象数据所面临的挑战，保证线程安全。