返回对象值时的互斥锁答案

【问题标题】：Mutex when returning object value返回对象值时的互斥锁
【发布时间】：2013-05-07 12:52:22
【问题描述】：

如果我了解 C++ 编译器如何处理局部变量，那么 IsShutdownInProgress() 不需要任何锁定，因为 shutdownInProgress 静态变量将被放置在堆栈上。我说的对吗？

class MyClass
{
    private:
        // Irrelevant code commented away
        static pthread_mutex_t mutex;
        static bool shutdownInProgress;
    public:
        static void ShutdownIsInProgress()
        {
            pthread_mutex_lock(mutex);
            shutdownInProgress = true;                  
            pthread_mutex_unlock(mutex);
        }

        static bool IsShutdownInProgress()
        {
            // pthread_mutex_lock(mutex);
            // pthread_mutex_unlock(mutex);
            return shutdownInProgress;
        }
}

【问题讨论】：

标签： c++ multithreading pthreads mutex

【解决方案1】：

我说的对吗？

没有。这将使它的副本返回；但是读取它以在不同步的情况下制作该副本将导致 数据竞争，具有未定义的行为。您需要在互斥锁锁定的情况下制作它的本地副本：

static bool IsShutdownInProgress()
{
    pthread_mutex_lock(mutex);
    bool result = shutdownInProgress;
    pthread_mutex_unlock(mutex);
    return result;
}

或者，使用不易出错的 RAII 锁类型：

static bool IsShutdownInProgress()
{
    lock_guard lock(mutex);
    return shutdownInProgress;
}

在 C++11 中，您可能会考虑使用std::atomic<bool>，以便更方便、更高效地从多个线程访问简单类型。

【讨论】：

【解决方案2】：

竞争条件与变量位于堆上还是栈上无关。竞争条件是当一个线程正在修改一个变量（内存位置）而另一个线程正在读取或修改同一个变量时。无法保证 bool 的修改是原子的，因此发布的代码具有竞争条件，因此具有未定义的行为。

解决方法是在持有互斥锁时存储bool 的值并返回变量：

static bool IsShutdownInProgress()
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    bool result = shutdownInProgress;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    return result;
}

c++11 引入了可以使用的std::mutex 和std::lock_guard，使用lock_guard 将避免需要临时变量来存储bool 值以供返回：

static std::mutex mtx_;
static bool IsShutdownInProgress()
{
    std::lock_guard<std::mutex> lk(mtx_);
    return shutdownInProgress;
}

c++11 还引入了std::atomic<>，这将确保修改是原子的并避免需要显式锁定：

static std::atomic<bool> shutdownInProgress;
static bool IsShutdownInProgress()
{
    return shutdownInProgress;
}

如果 c++11 对 boost::atomic 不可用是在 v1.53.0 中引入的，并且 boost 也有等效的 boost::mutex and boost::lock_guard。

【讨论】：

【解决方案3】：

是的，它需要一个锁

C++11 的内存模型表明，如果任何线程在写入值的同时另一个线程正在读取它，那么您就会发生数据竞争。这是因为读取和/或写入都可能不是原子的。

在这种情况下，您将从函数返回一个局部变量，但要获得该局部变量，编译器需要复制 shutdownInProgress 中的值，该值可能同时被另一个调用 ShutdownIsInProgress() 的线程更改。

解决这个问题的一个简单方法是使shutdownInProgress 成为原子：

static std::atomic<bool> shutdownInProgress;

如果你把它变成原子的，你就不需要任何锁来实现这两个函数

【讨论】：