是否需要使用互斥锁？答案

【问题标题】：do need to use mutex lock?是否需要使用互斥锁？
【发布时间】：2011-12-01 19:08:21
【问题描述】：

简单版：在 C++ 程序中，我使用两个不同的线程来处理一些整数变量。但我敢肯定，一个人总是在其中写入一些价值，而另一个人只是阅读那个。读/写数据时还需要使用互斥锁吗？

现在细节：主要思想是第一个线程生成一些信息并将它们保存到一个数组中，第二个线程从该数组中读取数据并处理它们。这个数组代表一个队列。这意味着我有两个索引值指向队列中的第一个和最后一个项目。现在我想知道在读取或写入值时是否必须锁定这两个索引值，或者是否可以在不锁定的情况下检查它们？注意generator线程是queue_back的唯一线程改变索引，处理器线程拥有改变queue_front的独占权限。

如果我正在为基于 linux 的系统进行任何更改，并且代码是使用 gcc 编译的。

PS：在一些使用线程的代码中，我看到关键字volatile围绕不同线程之间共享的变量，我也需要使用它吗？

【问题讨论】：

如果不使用volatile，其他线程可能永远看到对变量所做的更改。

标签： c++ multithreading mutex

【解决方案1】：

不，读写不是原子的，你需要使用一些同步机制来同步它。

此外，您必须将共享整数标记为 volatile，否则优化器可能会认为该变量永远不会在您的某个线程中更新。

gcc 允许您对 int、long 和 long long（以及它们的无符号对应项）进行原子操作。

查找函数：

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value);

【讨论】：

正要输入类似的内容。
@JohnDibling：同意并修改。
volatile is neither necessary nor sufficient （也没有用，除非有一些编译器添加了自己的定义以使其对此类事情有用）。
int 的读取和写入可能是原子的，因为没有线程可以读取部分写入的值。这取决于 CPU 架构、int 的大小（以八位字节为单位）、int 对象是否对齐以及对齐到什么边界（例如 4 字节、8 字节、16 字节...）。跨度>
@DanielTrebbien：至少在编写代码时，我不想依赖也许。

【解决方案2】：

读/写数据时还需要使用互斥锁吗？

是的，您需要一把锁。您可能对称为读/写锁的更具体的实现感兴趣。

您还可以使用原子和/或内存屏障。使用这些将需要更好地了解您的目标架构。重现多线程错误可能非常困难，这些替代方案应被视为一种可能不可移植的优化。

我已经看到关键字 volatile 围绕在不同线程之间共享的变量，我也需要使用它吗？

哎呀。不！对于 C++ 中的多线程读写，这不是一个安全或可移植的解决方案。改用原子、锁、复制、不可变和纯实现（等等）。

volatile 的解释可能因平台和/或编译器而异，并且没有指定在 C 或 C++ 中以任何特定方式操作以实现多线程读写（有一个古老的错误传说，它可以可靠地使用作为原子读/写）。我曾经在一个多线程 C++ 程序中测试了volatile 的有效性（在带有苹果 gcc 的 intel-mac 上）。我不会提供结果，因为它足够好，有些人可能会考虑使用它，尽管他们应该不是因为“几乎”不够好。 p>

并且限定volatile 的使用：它存在于我的（大型、严格编写、多线程感知）代码库中，其唯一目的是与平台相关的原子API 进行交互。老实说：还有一些早期的其他用途，但它们可以而且应该被删除。

【讨论】：

【解决方案3】：

是的，您需要使用互斥锁、临界区、互锁访问等来同步对变量的访问，以确保读取线程在写入线程仍在保存它们时不会读取不完整的字节。这在多核/CPU 系统上尤其重要，其中两个线程可以真正并行访问变量。

【讨论】：

如果将数组的大小限制为 256，并将索引值限制为单字节数据怎么办？

【解决方案4】：

读取和写入不大于机器字的正确对齐数据（通常是int 解析为的任何内容）在大多数主要架构上都是原子操作。这不是意味着每个架构。

这意味着不，您不能只阅读head 和tail 并期望数据是一致的。但是，例如，如果sizeof(int) 恰好是 4 而sizeof(short) 恰好是 2，并且如果您不关心“非主流”平台，您可以做一些联合诡计并且无需原子操作或互斥锁就可以逃脱.

如果您希望您的代码具有可移植性，则无法绕过适当的锁定或原子比较/交换。

关于volatile，这确实为 Microsoft Visual C++ 插入了一个内存屏障（作为特定于编译器的诡辩），但标准确实不保证除了编译器不会优化变量。就目前而言，制作 volatile 并没有多大帮助，而且它绝对不能保证线程安全。

【讨论】：

【解决方案5】：

是的，您需要使用某种同步机制（例如互斥锁）来保护生成器和读取器线程中的队列索引。

HTH

【讨论】：

等等，真的吗？编译器是不允许优化掉的吗？我不认为这是对的。这是 volatile 关键字的唯一用法。
@Mooing Duck -- 是的，你是对的，我错了。我改变了答案。谢谢你捡起来。

【解决方案6】：

如果您真的只是共享一个整数，那么std::atomic<int> 听起来是正确的类型，来自<atomic> 标头。（如果你有一个旧的编译器，还应该有 Boost 或 TR1 版本。）这确保了原子读写。据我所知，不需要volatile 限定符。

【讨论】：

嗯，我分享的不仅仅是一个整数，但同时只能访问一个整数。我的意思是整个队列变量是共享的，但是两个线程在尝试访问队列节点之前首先检查头和尾变量。