前言

链表也是以节点套节点的方式连接而成的经典数据结构，对于并发数据结构，链表有几个问题需要解决。

首先，链表不能双向访问，以前的文章我们探讨过，对于一个可以从两个方向访问的链表，会最终在某一个时刻碰到同一个数据，并且一路自两个方向延续的加锁可能引发死锁。

其次，无法使用迭代器，因为对于一个随时可能被其它线程改变的链表，不能保证迭代器的有效。

一、线程安全的链表结构

前言中，我们探讨了为了并发的安全我们只能让链表单一顺序访问，同时不用迭代器。

于是为了细颗粒度的并发性能，需要每个节点都带锁，当我们顺序访问链表时，需要逐个的加锁，开锁。

于是就有了一个问题，当一个线程持有链表中断的某个节点，其余节点不能被越过去读取，这在使用中会造成一定的问题，需要注意。

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <list>
#include <memory>
#include <shared_mutex>
#include <vector>namespace threadSafe
{template <typename T>
struct threadSafeList;template <typename T>
struct node
{// 默认构造node() = default;// 构造函数explicit node(const T &value): data(std::make_shared<T>(value)){}private:std::mutex m;// 智能指针包裹的数据std::shared_ptr<T> data;// 智能指针包裹的 node 指针std::unique_ptr<node<T>> next; // = nullptr;friend struct threadSafeList<T>;
};template <typename T>
struct threadSafeList
{// 默认构造threadSafeList() = default;// 析构函数~threadSafeList(){removeIf([](T &) { return true; });}// 禁用拷贝构造threadSafeList(const threadSafeList &other) = delete;// 禁用拷贝赋值auto operator=(const threadSafeList &other) -> threadSafeList & = delete;// 自头节点插入值void pushFront(const T &value){// 构造有值节点std::unique_ptr<node<T>> newNode(new node<T>(value));// 上头节点锁std::lock_guard<std::mutex> const headLock(head.m);// 新节点指向原头节点指向的节点newNode->next = std::move(head.next);// 头节点指向新节点，头节点永远不存储值head.next = std::move(newNode);}// 根据用户传入的函数处理节点中的每个数据template <typename Function>void forEach(Function func){// 获取头节点指针node<T> *current = &head;// 头节点上锁std::unique_lock<std::mutex> headLock(head.m);// 获取next节点，如果为空，结束循环while (node<T> *next = current->next.get()){// next 节点上锁std::unique_lock<std::mutex> nextLk(next->m);// 当前节点解锁headLock.unlock();// 处理后节点数据func(*next->data);// 当前指针后移一个节点current = next;// 后一个节点锁转移给当前锁headLock = std::move(nextLk);}}// 查找第一个符合用户传递的判断函数的数据template <typename Predicate>auto findFirstIf(Predicate predicateFun) -> std::shared_ptr<T>{node<T> *current = &head;std::unique_lock<std::mutex> headLock(head.m);while (node<T> *next = current->next.get()){std::unique_lock<std::mutex> nextLk(next->m);headLock.unlock();// 根据判断函数寻找值if (predicateFun(*next->data)){return next->data;}current = next;headLock = std::move(nextLk);}return std::shared_ptr<T>();}// 移除符合用户传入的判断函数的值template <typename Predicate>void removeIf(Predicate predicateFun){node<T> *current = &head;std::unique_lock<std::mutex> headLock(head.m);while (node<T> *next = current->next.get()){std::unique_lock<std::mutex> nextLk(next->m);// 如果节点值符合判断函数则予以删除if (predicateFun(*next->data)){// 获取当前节点的下一个节点std::unique_ptr<node<T>> const oldNext =std::move(current->next);// 删除下一个节点，也就是当前节点指向下下个节点// 上一步获得的要被删除的 oldNext 节点，会自动析构，// 包裹的数据会因智能指针的消除而消除current->next = std::move(next->next);// 释放锁，以便顺利析构，因为 nextLk 的析构要晚于 oldNextnextLk.unlock();}else{headLock.unlock();current = next;headLock = std::move(nextLk);}}}private:node<T> head;
};} // namespace threadSafeauto main() -> int
{threadSafe::threadSafeList<int> thrdSfLst;thrdSfLst.pushFront(10);thrdSfLst.pushFront(1);auto rslt = thrdSfLst.findFirstIf([](int value) { return value == 1; });thrdSfLst.forEach([](int value) { std::cout << value << std::endl; });thrdSfLst.removeIf([](int value) { return value == 10; });return 0;
}

总结

在极度简化接口的情况下，基本处于可用，难点在于细颗粒度的传递节点及开关锁。

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