两个线程将相同内容写入同一文件是否安全？

Question

假设程序具有缓存机制，其中在某些特定计算的末尾，该程序会将该计算的输出写入磁盘，以免在以后重新运行该程序时重新计算。这样做是为了进行大量计算，并将每个输出保存到单独的文件中（每个计算一个）。数据通过标准C ++流写入文件：

    void* data = /* result of computation */;
    std::size_t dataSize = /* result of computation */;
    std::string cacheFile = /* unique filename for to this computation */;

    std::ofstream out(cacheFile, std::ios::binary);
    out << dataSize;
    out.write(static_cast<const char *>(data), dataSize);

问题：对于多个线程（或进程），对于相同的计算和相同的输出文件，同时尝试进行此操作是否安全？

该计算是确定性的，因此写入给定文件的数据将始终相同。因此，只要至少一个成功，某些线程或进程是否无法写入文件就没有关系。在我进行的手动测试中，没有程序失败或数据损坏发生，并且始终使用正确的内容创建文件，但这可能与平台有关。作为参考，在我们的特定情况下，数据的大小范围为2到50 KB。

Answer 1

多个线程（或进程）同时尝试进行相同的计算，使用相同的输出文件是否安全？

这是一个竞争条件，当多个线程尝试写入同一文件时，您可能最终会损坏文件。无法保证ofstream::write是原子的，并且取决于特定的文件系统。

针对您的问题的正确解决方案：

1. 写入目标目录中具有唯一名称的临时文件。
2. rename临时文件为其最终名称。如果rename失败，则文件已经存在。

Answer 2

多个线程同时写入文件并不安全。线程写入文件的顺序也是不可预测的。

但是，如果您使用某种线程同步并且只有一个类来管理文件，则可以这样做。您可以使用rename对象，在写入文件之前将其锁定。这是一个非常简单的类可以做到这一点：

std::mutex

#include <fstream>
#include <vector>
#include <mutex>

class FileManager
{
public:
    FileManager(const std::string& filepath) : mFs(filepath, std::ios::binary) {}
    ~FileManager() = default;

    void Write(const std::vector<char> &data)
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lk(mMutex);
        mFs.write(&data[0], data.size());
    }

private:
    std::ofstream mFs;
    std::mutex mMutex;
};

int main()
{
    FileManager fm("D:\\Temp\\data.dat");
    std::vector<char> data = { 'H','e','l','l','o' };
    fm.Write(data);
}

将在写操作期间锁定您的互斥锁，以确保它是原子的。它也是RAII，因此在超出范围时会解锁互斥锁。

使用共享指针或对线程中相同std::lock_guard对象的引用。