面试题：C++中const成员函数线程安全基础

Question

在C++中，简要说明为什么const成员函数理论上更容易保证线程安全？列举一个场景，在该场景下一个看似线程安全的const成员函数实际并非线程安全，并解释原因。

Answer 1

为什么const成员函数理论上更容易保证线程安全

1. 概念理解：
   • const成员函数承诺不修改对象的成员变量（除非这些成员变量被声明为mutable）。这意味着在多线程环境下，const成员函数不会改变对象的状态，从而减少了数据竞争的可能性。
   • 数据竞争通常发生在多个线程同时访问和修改同一数据时，而const成员函数的只读性质使得它不太可能引发这种竞争。例如，假设有一个类MyClass：

   class MyClass {
   public:
       int getValue() const {
           return value;
       }
   private:
       int value;
   };
   

   在多线程环境下，多个线程可以安全地调用getValue函数，因为它不会修改value，不会产生数据竞争。

看似线程安全的const成员函数实际并非线程安全的场景及原因

1. 场景：
   • 考虑一个用于统计函数调用次数的类CallCounter：

   class CallCounter {
   public:
       int getCallCount() const {
           return callCount;
       }
   private:
       mutable int callCount;
   };
   

   这里getCallCount是一个const成员函数，因为它需要返回callCount的值，而callCount被声明为mutable以便在const成员函数中可以修改它。
2. 原因：
   • 在多线程环境下，虽然getCallCount是const成员函数，但它读取的callCount可能在其他线程中被修改。例如，如果一个线程正在调用getCallCount读取callCount的值，而另一个线程同时在增加callCount的值，就会发生数据竞争。
   • 这里callCount虽然是为了在const函数中修改而设为mutable，但它的并发访问没有进行同步保护（如使用互斥锁等机制），所以看似线程安全的const成员函数getCallCount实际上并非线程安全。