Читать онлайн «Стандарты программирования на С++. 101 правило и рекомендация». Страница 9

Во-первых, вы должны заранее знать о том, что объекты данного типа практически всегда будут совместно использоваться разными потоками; в противном случае вы просто разработаете бесполезную блокировку. Заметим, что большинство типов не удовлетворяют этому условию; подавляющее большинство объектов даже в программах с интенсивным использованием многопоточности не разделяются разными потоками (и это хорошо — см. рекомендацию 10).

Во-вторых, вы должны заранее быть уверены, что блокировка на уровне функций обеспечивает корректный уровень модульности, которого достаточно для большинства вызывающий функций. В частности, интерфейс типа должен быть спроектирован в пользу самодостаточных операций с невысокой степенью детализации. Если вызывающий код должен блокировать несколько операций, а не одну, то такой способ неприменим. В этом случае отдельные функции могут быть собраны в блокируемый модуль большего масштаба, работа с которым выполняется при помощи дополнительной (внешней) блокировки. Например, рассмотрим тип, который возвращает итератор, который может стать недействительным перед тем, как вы используете его, или предоставляет алгоритм наподобие find, возвращающий верный ответ, который становится неверным до того, как вы им воспользуетесь, или пользователь напишет код if (с.empty()) с.push_back(x); (другие примеры можно найти в [Sutter02]). В таких случаях вызывающая функция должна выполнить внешнюю блокировку на время выполнения всех отдельных вызовов функций-членов, так что отдельные блокировки для каждой функции-члена оказываются ненужной расточительностью.

Итак, внутренняя блокировка связана с открытым интерфейсом типа. Она становится применима только тогда, когда отдельные операции типа являются сами по себе завершенными; другими словами, когда уровень абстракции типа растет и выражается и инкапсулируется более точно (например, как у очереди производитель/потребитель по отношению к обычному контейнеру vector). Объединение примитивных операций для образования более крупных общих операций — этот подход требуется для того, чтобы обеспечить возможность простого вызова функции с большим внутренним содержанием. В ситуациях, когда комбинирование примитивов может быть произвольным и вы не можете определить разумный набор сценариев использования в виде одной именованной операции, имеются две альтернативы. Можно воспользоваться моделью функций обратного вызова (т.е. вызывающая функция должна вызвать одну функцию-член, передавая ей задание, которое следует выполнить, в виде команды или объекта-функции; см. рекомендации с 87 по 89). Второй метод состоит в некотором способе предоставления вызывающему коду возможности блокировки в открытом интерфейсе.

• Проектирование, не требующее блокировок, включая неизменяемость (объекты, предназначенные только для чтения). Можно разработать типы, для которых блокировка окажется полностью ненужной (см. ссылки). Одним из распространенных примеров являются неизменяемые объекты, которые не требуют блокировки, поскольку они никогда не изменяются. Например, будучи создан, объект неизменяемого строкового типа больше не модифицируется, а все строковые операции приводят к созданию новых строк.

Заметим, что вызывающий код ничего не должен знать о деталях реализации ваших типов (см. рекомендацию 11). Если ваш тип внутренне использует какие-то методики разделения данных (например, копирование при записи), вы не должны нести ответственность за все возможные вопросы безопасности потоков, но обязаны обеспечить корректность работы вызывающего кода при обычной работе — т.е. тип должен быть безопасен в плане многопоточности в той же мере, как если бы он не использовал методики совместного использования данных (см. [Sutter04c]). Как упоминалось, все корректно написанные типы должны позволять работу с различными объектами в разных потоках без синхронизации.

В частности, если вы разрабатываете библиотеку, предназначенную для широкого использования, вы должны предусмотреть безопасность ваших объектов в многопоточных программах, как описано выше, но при этом без дополнительных накладных расходов при работе в однопоточной программе. Например, если вы пишете библиотеку, содержащую тип, использующий копирование при записи, и вы должны обеспечить, как минимум, некоторую внутреннюю блокировку, то предпочтительно разработать ее так, чтобы в однопоточном варианте вашей библиотеки ее не было (обычно для этого используются директивы препроцессора #ifdef).

Если используется несколько блокировок, то избежать взаимоблокировки можно путем их запроса в одинаковом порядке (освобождение блокировок может выполняться в любом порядке). Одно из решений состоит в запросе блокировок в порядке возрастания адресов в памяти, что обеспечивает удобное, однозначное упорядочение в пределах приложения.

[Alexandrescu02a] • [Alexandrescu04] • [Butenhof97] • [Henney00] • [Henney01] • [Meyers04] • [Schmidt01] • [Stroustrup00] §14.9 • [Sutter02] §16 • [Sutter04c]

Не работайте вручную, если у вас есть мощные инструменты. Идиома С++ "выделение ресурса есть инициализация" (resource acquisition is initialization — RAII) представляет собой мощный инструмент для корректной работы с ресурсами. RAII позволяет компилятору автоматически обеспечить строгую гарантию того, что в других языках надо делать вручную. При выделении ресурса передайте его объекту-владельцу. Никогда не выделяйте несколько ресурсов в одной инструкции.

Симметрия конструктор/деструктор, обеспечиваемая языком С++, воспроизводит симметрию, присущую парам функций захвата/освобождения ресурса, таким как fopen/fclose, lock/unlock и new/delete. Это делает стековые объекты (или объекты со счетчиком ссылок), в конструкторе которых происходит захват ресурса (а в деструкторе его освобождение), превосходным инструментом для автоматизации управления ресурсами.

Автоматизация легко реализуема, элегантна, недорога и по сути безопасна в плане ошибок. Если вы не будете ею пользоваться, то обречете себя на нетривиальную и кропотливую ручную работу по "спариванию" вызовов захвата и освобождения ресурсов, включающую отслеживание всех ветвлений и исключений. Это совершенно неприемлемый путь для С++, который предоставляет возможность автоматизации этой работы при помощи простой в использовании идиомы RAII.

Когда вы имеете дело с ресурсом, который требует спаривания вызовов функций захвата/освобождения, инкапсулируйте этот ресурс в объект, который выполнит эту работу за вас и освободит ресурс в своем деструкторе. Например, вместо непосредственного вызова пары функций (не членов) OpenPort/ClosePort можно поступить иначе:

class Port {

public:

 Port(const string& destination); // Вызов OpenPort

 ~Port();                         // вызов ClosePort

 // Порты обычно не клонируются, так что запрещаем

 // копирование и присваивание

};

void DoSomething() {

 Port port1("server1:80");

 // ...

} // Забыть закрыть порт нельзя - он будет закрыт

  // автоматически при выходе из области видимости

shared_ptr<Port> port2 =/*...*/; // port2 будет закрыт

  // автоматически, когда будет уничтожен последний

  // ссылающийся на него объект shared_ptr

Вы можете также использовать библиотеки, которые реализуют соответствующий шаблон проектирования (см. [Alexandrescu00c]).

При реализации идиомы RAII следует особо тщательно подходить к вопросу о копирующем конструкторе и присваивании (см. рекомендацию 49): обычно генерируемые компилятором версии этих функций не подходят. Если копирование лишено смысла, копирующий конструктор и оператор присваивания можно явным образом запретить, делая их закрытыми членами и не определяя (см. рекомендацию 53). В противном случае копирующий конструктор дублирует ресурс или использует счетчик ссылок на него, и то же делает и оператор присваивания, при необходимости освободив ресурс, которым объект владел до присваивания. Классической ошибкой является освобождение старого ресурса до того, как успешно дублирован новый (см. рекомендацию 71).

Обеспечьте, чтобы все ресурсы принадлежали объектам. Предпочтительно хранить все динамически выделенные ресурсы посредством интеллектуальных, а не обычных, указателей. Кроме того, следует выполнять каждое явное выделение ресурса (например, new) в отдельной инструкции, которая тут же передает ресурс управляющему объекту (например, shared_ptr). В противном случае может возникнуть утечка ресурсов, связанная с тем, что порядок вычисления параметров функции не определен (см. рекомендацию 31). Например: