为什么锁会起作用？答案

【问题标题】：Why do locks work?为什么锁会起作用？
【发布时间】：2009-01-17 05:21:47
【问题描述】：

如果锁确保一次只有一个线程访问锁定的数据，那么什么控制对锁定函数的访问？

我认为boost::mutex::scoped_lock 应该在我的每个函数的开头，这样局部变量就不会被另一个线程意外修改，对吗？如果两个线程试图在非常接近的时间获取锁怎么办？锁内部使用的局部变量不会被其他线程破坏吗？

我的问题不是特定于提升的，但除非你推荐另一个，否则我可能会使用它。

【问题讨论】：

标签： c++ multithreading boost locking mutex

【解决方案1】：

你是对的，在实现锁时，你需要某种方式来保证两个进程不会同时获得锁。要做到这一点，您需要使用原子指令——它可以保证在不中断的情况下完成。一个这样的指令是test-and-set，该操作将获取布尔变量的状态，将其设置为 true，然后返回之前检索到的状态。

这样做的目的是让您可以编写代码，不断测试它是否可以获得锁。假设 x 是线程之间的共享变量：

while(testandset(x));
// ...
// critical section
// this code can only be executed by once thread at a time
// ...
x = 0; // set x to 0, allow another process into critical section

由于其他线程不断地测试锁，直到它们进入临界区，这是保证互斥的一种非常低效的方法。但是，使用这个简单的概念，您可以构建更复杂的控制结构，例如更高效的信号量（因为进程没有循环，它们正在休眠）

【讨论】：

另一个这样的原子指令（可能是最重要的）是en.wikipedia.org/wiki/Compare_and_swap。
请注意，答案是关于自旋锁，它可以在用户代码中实现。具有阻塞线程睡眠的锁通常（总是？）使用操作系统原语实现。 Boost 只是为它们提供了一个统一的接口。
你说得对，我应该做出这样的区分。您也可以拥有操作系统级别的自旋锁，但这不是一个好主意。

【解决方案2】：

您只需拥有对共享数据的独占访问权限。除非它们是静态的或在堆上，否则函数内部的局部变量对于不同的线程会有不同的实例，无需担心。但是共享数据（例如通过指针访问的数据）应该首先被锁定。

至于锁的工作方式，它们经过精心设计以防止竞争条件，并且通常具有硬件级别的支持以保证原子性。 IE，有一些机器语言结构保证是原子的。信号量（和互斥体）可以通过这些实现。

【讨论】：

谢谢我试图找出函数是否为每个线程都有一个单独的实例。但是您能否提供一个链接，指向您从中获取此信息的来源？
我没有函数变量的来源，抱歉。但愿我做了，可惜我没有。其余部分来自 semaphore Wikipedia 文章。
别介意搜索线程分离堆栈发现这个：msdn.microsoft.com/en-us/library/ms686774(VS.85).aspx

【解决方案3】：

最简单的解释是，锁在下面，是基于保证是原子的并且不会在线程之间发生冲突的硬件指令。

函数中的普通局部变量已经特定于单个线程。只有静态、全局或其他可以被多个线程同时访问的数据需要锁来保护它。

【讨论】：

【解决方案4】：

操作锁的机制控制对它的访问。

任何锁定原语都需要能够在处理器之间传达更改，因此它通常在总线操作之上实现，即读取和写入内存。它还需要被构造成两个线程试图声明它不会破坏它的状态。这并不容易，但您通常可以相信任何操作系统实现的锁都不会被多个线程破坏。

【讨论】：