C++ 多线程环境中的内存访问

Question

我有一个问题，即主线程中的函数被阻塞，直到在另一个线程中设置了局部变量。我用信号量来阻塞主线程执行：

int sendRequest(Message request, void *data)
{
semaphore waitForReply;
volatile int result = 0;
volatile int retData[100];
client->sendRequest(request, [&result, &retData](const Message& reply){ // Callback is called from a different thread
   result = reply.result;
   memcpy(retData, reply.retData, sizeof(retData));
   waitForReply.signal();
})
waitForReply.wait();
//At this line we want result var to be updated.
memcpy(data, retData, sizeof(retData));
return result;
}

问题是使用 volatile int result 是否保证返回结果是从回调接收到的实际值？这是解决此问题的最佳方法还是使用普通变量和互斥锁更好？

数组 retData 的情况如何？ （请不要介意数组的大小）

Answer 1

Volatile 在 C 或 C++ 中对于多线程代码没有用处，因为它不会创建内存屏障。但是，您的代码中没有任何内容需要内存屏障，所以您已经可以了。

错误代码的一个例子是：

// initially
my_pointer = nullptr;
ready_flag = false;

// thread 1
my_pointer = some_pointer_here;
ready_flag = true;

// thread 2
while (!ready_flag) /* wait */;
my_pointer->foo = bar;

这段代码很危险，因为很多事情都可以使ready_flag 的写入在my_pointer 的写入之前变得可见，即使它在源代码中出现在第二位。在这种情况下，您可以在分配值之前访问my_pointer。

内存屏障是一条指令，它强制执行特定顺序以使内存写入可见。例如，该代码在写入my_pointer 和写入ready_flag 之间需要一个内存屏障。 C++ 标准库为此提供了std::atomic_thread_fence。此外，std::atomic 类型都可以生成内存屏障。

在您的情况下，您的变量没有相互依赖关系（除了整个操作必须已完成），而且信号量的 wait 方法几乎肯定有障碍。

在内核/CPU 之间实现缓存和内存一致性的确切方法取决于平台。 AFAIK，在 x86 和 ARM 衍生产品上，您根本不需要做任何事情。在更疯狂的平台上，这通常由内存栅栏来处理，无论如何你都会使用它。

Answer 2

结果缓冲区中的数据是好的。在 lambda 中对 memcpy 的调用可确保在信号量 waitForSignal 发出信号之前完整复制数据。但是……

1. 不，在这种情况下，volatile 关键字没有任何作用。 memcpy 不受 volatile 关键字的影响。 volatile 只影响代码的优化方式。
2. 为什么不捕获data 并让lambda 直接填充该缓冲区？这样可以保存一份副本。
3. 我没有看到任何说明输出缓冲区大小的参数data。这不是很好的做法。我建议您考虑使用 std::vector 或其他一些安全的方式来实现缓冲区。