线程安全和位域答案

【问题标题】：Thread safety and bit-field线程安全和位域
【发布时间】：2011-05-31 19:36:49
【问题描述】：

我知道位域依赖于编译器，但我没有找到有关最新 g++ 和 Visual C++ 2010 位域线程安全的文档。

对位域成员的操作是原子的吗？

【问题讨论】：

“线程安全”是什么意思？
@NeilButterworth：你回来了吗？我假设他在询问对位域成员的操作是否是原子的。
我的意思是，不同的成员可以被不同的线程访问或分配，而不会受到干扰。 @the_drow：确切地说，我会纠正这个问题。
那么您正在寻找对位域的原子读/写操作。如果你想要严格的读/写顺序，你需要同步访问位域。听起来你可能需要两者。

标签： c++ c thread-safety bit-fields

【解决方案1】：

不幸的是，“线程安全”在编程中是一个非常重载的术语。

如果您的意思是原子访问位域，答案是否定的（至少在我知道的所有处理器上）。您可以原子访问 32 位机器上的 32 位内存位置，但这仅意味着您将读取或写入整个 32 位值。这并不意味着另一个线程不会做同样的事情。如果您想停止，您可能需要同步。

如果您的意思是对位域的同步访问，答案也是否定的，除非您将访问包装在更高级别的同步原语中（通常建立在原子操作之上）。

简而言之，编译器不提供对位字段的原子或同步访问，而无需您进行额外的工作。

这有帮助吗？

编辑：Dr. Dan Grossman has two nice lectures on atomicity and synchronization I found on UOregon's CS department page。

【讨论】：

【解决方案2】：

写入位域时，可能存在一个时间窗口，在此时间窗口中，另一个线程访问（读取或写入）同一结构中的任何（相同或不同）位域的任何尝试都将导致未定义的行为，意味着任何事情都可能发生。读取位域时，可能存在一个时间窗口，当另一个线程尝试在同一结构中写入任何位域时，将导致未定义行为。

如果您实际上不能为相关位域使用单独的变量，您可以将多个位域存储在一个整数中，并通过在位域结构和 32 位结构之间创建联合来自动更新它们整数，然后使用 CompareExchange 序列：

将位域的值读取为 Int32。
将其转换为位域结构
更新结构
将结构转换回 Int32。
仅当变量仍保留在 (1) 中读取的值时，才使用 CompareExchange 用新值覆盖该变量；如果值已更改，请从步骤 (1) 重新开始。

要使这种方法运作良好，步骤 2-4 必须快速。它们花费的时间越长，步骤 5 中的 CompareExchange 失败的可能性就越大，因此在 CompareExchange 成功之前必须重新执行步骤 2-4 的次数越多。

【讨论】：

【解决方案3】：

如果您想以线程安全的方式更新位域，您需要将位域拆分为单独的标志并使用常规的ints 来存储它们。访问单独的机器字是线程安全的（尽管您需要考虑多处理器系统上的优化和缓存一致性）。

【讨论】：

你的意思是访问机器字是原子操作吗？

【解决方案4】：

见 Windows Interlocked Functions

另见related SO question

【讨论】：

【解决方案5】：

只需简单地使用 atomic.AddInt32 示例：

atomic.AddInt32(&intval, 1 << 0)      //set the first bit
atomic.AddInt32(&intval, 1 << 1) //set the second bit
atomic.AddInt32(&intval, -(1 << 1 + 1 << 0)) //clear the first and second bit

代码在 Go 中，我认为 c++ 也有类似 atomic.AddInt32 的东西

【讨论】：

Go 不是 C++。要使这成为一个有用的答案，您必须用 C++ 解释它。
如果该位已设置，则添加将不起作用。您必须先测试该位是否已设置。