所有写入完成后保持互斥锁

Question

我有一个关于 C++ 中线程安全和互斥锁的问题。我知道，在最简单的层面上，应该在可以同时读取和写入同一内存的任何点上持有互斥锁。但是，我也知道每个核心都有自己的缓存，因此我将互斥锁想象为一种确保所有线程在任何时间点都“同意”数据状态的方法。

我不确定的是当所有写入操作完成后会发生什么。那么在不拥有互斥锁的情况下使用数据是否安全？

参见下面的示例。根据我的浅薄理解，感觉最后一行可能会产生未定义的行为，因为代码不知道线程中已完成的所有写入操作。 IE。如果主线程缓存中的 arr 看起来与工作线程缓存中的 arr 不同怎么办？

std::mutex mtx;
std::vector<int> arr;

std::list<std::thread> threads;
for (int i = 0 ; i < 10 ; ++i) {
   threads.push_back([&](){
      std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
      // Change arr here.
   });
}
for (auto& thread : threads) {
   thread.join();
}
// Can I use arr here without owning the mutex lock?
std::cout << arr[i] << std::endl;

所以我的问题是上面的例子是否安全，如果不安全，我可以在不持有互斥锁的情况下使用 arr 吗？

Answer 1

是的，此代码是安全的。

C++标准对

std::thread::join()

的描述包括：

*this

表示的线程的完成与（6.9.2）同步 对应成功

join()

返回。

这意味着，如果某些操作 X 发生在线程完成之前（在 C++ 内存模型的技术意义上），并且某些操作 Y 发生在

join()

返回之后，则 X 发生在 Y 之前。在您的程序中，这意味着各个线程中对

arr

的操作都将发生在

join()

之后的主线程中的访问之前。因此不存在数据竞争。

对于实现而言，这实际上意味着终止线程的清理代码在通知等待

join()

的线程之前必须包含释放屏障，并且

join()

的代码在收到该通知后必须包含获取屏障。在实践中，退出并等待线程的操作系统服务可能会自动提供必要的障碍。