面试题：C++多线程环境下重写拷贝构造函数的性能考量与同步策略

多线程环境下重写拷贝构造函数可能出现的性能问题

数据竞争：多个线程同时访问和修改共享数据，导致数据不一致。例如，在拷贝构造函数中，如果源对象的数据成员被多个线程同时修改，而拷贝过程尚未完成，就会出现数据竞争。
锁争用：为了避免数据竞争，通常会使用锁机制。但如果锁的粒度设置不当，多个线程频繁竞争同一把锁，会导致线程阻塞，降低系统的并发性能。

同步策略

互斥锁（Mutex）
- 原理：互斥锁是一种二元信号量，它有两种状态：锁定和解锁。当一个线程获取到互斥锁（将其锁定），其他线程就无法获取，直到该线程释放互斥锁（将其解锁）。在拷贝构造函数中，通过在进入函数时加锁，离开函数时解锁，确保同一时间只有一个线程可以执行拷贝操作。
- 适用场景：适用于对共享资源访问频率较高，且拷贝操作相对简单、耗时较短的场景。
- 对性能的影响：由于同一时间只有一个线程能执行拷贝构造函数，可能会降低并发性能。尤其是在高并发环境下，如果拷贝操作频繁，锁争用会比较严重，导致线程等待时间增加，整体性能下降。
- 代码示例

#include <iostream>
#include <mutex>

class MyClass {
private:
    int data;
    static std::mutex mtx;
public:
    MyClass(int value) : data(value) {}
    MyClass(const MyClass& other) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        data = other.data;
    }
    int getData() const {
        return data;
    }
};

std::mutex MyClass::mtx;

void threadFunction() {
    MyClass obj1(10);
    MyClass obj2(obj1);
    std::cout << "Copied data: " << obj2.getData() << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t1(threadFunction);
    std::thread t2(threadFunction);

    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}

读写锁（Read - Write Lock）
- 原理：读写锁区分了读操作和写操作。允许多个线程同时进行读操作，因为读操作不会修改共享数据，不会产生数据竞争。但写操作时，需要独占锁，以防止其他线程进行读或写操作。在拷贝构造函数中，如果拷贝过程只是读取源对象的数据（不进行修改），可以使用读锁；如果需要修改数据成员（例如引用计数的更新等），则使用写锁。
- 适用场景：适用于读操作远远多于写操作的场景。在拷贝构造函数中，如果大部分操作是读取源对象数据，使用读写锁可以提高并发性能。
- 对性能的影响：读操作时，由于允许多个线程并发执行，提高了并发性能。但写操作时，仍然需要独占锁，可能会导致其他线程等待。如果写操作频繁，性能提升可能不明显，甚至会因为锁的切换开销而降低性能。
- 代码示例

#include <iostream>
#include <shared_mutex>

class MyClass {
private:
    int data;
    static std::shared_mutex rw_mtx;
public:
    MyClass(int value) : data(value) {}
    MyClass(const MyClass& other) {
        std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx);
        data = other.data;
    }
    int getData() const {
        std::shared_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx);
        return data;
    }
    void setData(int value) {
        std::unique_lock<std::shared_mutex> lock(rw_mtx);
        data = value;
    }
};

std::shared_mutex MyClass::rw_mtx;

void readThreadFunction() {
    MyClass obj(10);
    MyClass copiedObj(obj);
    std::cout << "Copied data (read): " << copiedObj.getData() << std::endl;
}

void writeThreadFunction() {
    MyClass obj(10);
    obj.setData(20);
}

int main() {
    std::thread t1(readThreadFunction);
    std::thread t2(readThreadFunction);
    std::thread t3(writeThreadFunction);

    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();

    return 0;
}

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面试题：C++多线程环境下重写拷贝构造函数的性能考量与同步策略

知识考点

面试题答案

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