32位程序用临时文件实现线程通信时并发读写异常问题求助

问题根因 #

• 写端文件流未强制刷入磁盘：C++标准库的fstream默认开启用户态缓冲区，加锁写入后数据仅存在进程缓冲区，未同步到内核文件系统，读线程无法感知到新写入的内容。
• 读指针操作函数误用：tryGetData中读取数据前调用seekp设置写指针，读场景下必须使用seekg设置读指针，这是偶发读取失败的核心原因之一。
• 流状态重置不完整：读线程触发eof后仅调用clear()清除标志位不够，需要同步当前文件的实际长度，避免读到无效的尾端数据。
• 全局标志is_on无同步保护：普通全局变量在多线程场景下会被编译器优化为寄存器缓存，输出线程可能无法及时感知到输入线程修改的is_on状态，导致逻辑提前终止或死循环。
• 写入顺序逻辑风险：当前先写指针表再写数据文件，极端情况下指针表写入完成后数据还未落盘，读线程拿到指针表读取数据时会读到不完整内容。

修复方案 #

1. 输入线程写入后强制刷入缓冲区
   在输入线程的锁块内，写完两个流后追加flush调用：

{
    std::lock_guard lock(m);
    table_stream << t.toBinaryString();
    data_stream << tmp;
    // 新增刷入逻辑
    table_stream.flush();
    data_stream.flush();
    cout << "Written" << endl;
}

2. 修复tryGetData的指针设置函数
   把seekp改为seekg，同时在读取前先清除流状态：

int tryGetData(std::fstream &data_stream, std::string& data, size_t data_sz, size_t offset) {
    int ret = 0;
    data = "";
    if (data_stream.is_open()) {
        // 新增清除流状态
        data_stream.clear();
        // 把seekp改为seekg
        if (offset != UINT32_MAX) data_stream.seekg(offset);

        char c;
        while (data_sz > 0 && data_stream.get(c)) {
            data.push_back(c);
            data_sz--;
        }
        if (data_stream.eof()) ret = 1;
    }
    return ret;
}

3. 替换is_on为原子变量
   将全局的is_on改为std::atomic<bool>，避免多线程可见性问题，无需额外加锁即可保证读写的原子性和可见性。

4. 调整写入顺序
   先写数据文件，再写指针表，保证读线程拿到指针表的时候对应数据已经落盘：

{
    std::lock_guard lock(m);
    // 先写数据，再写索引
    data_stream << tmp;
    table_stream << t.toBinaryString();
    data_stream.flush();
    table_stream.flush();
    cout << "Written" << endl;
}

如果需要更高性能，可以调整缓冲区大小，或者使用操作系统级的内存映射文件代替直接fstream读写，性能会比逐字符get高很多。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ales100