这是原子读写布尔值的正确方法吗？

Question

布尔标志由两个线程切换。下面的代码有意义吗？

static bool ATOMIC_BOOL_READ( volatile bool& var )
{
    return __sync_fetch_and_or(&var, 0);
}

static void ATOMIC_BOOL_WRITE(volatile bool& var, bool newval )
{
    __sync_bool_compare_and_swap( &var, !newval, newval);
}

注意几点：

• 我正在传递一个布尔引用。有道理吗？

• 为了好玩，我也声明它是不稳定的。

• 函数是静态的

更新：

我想问的基本问题是： 原子性和内存屏障有什么区别？如果线程 A 在变量 foo 上执行“原子内置函数”，则线程 B 无法对变量 foo 执行任何操作；因此造成了记忆障碍？

Answer 1

你的问题说两个线程“切换”同一个布尔值。这不是你发布的函数所做的——如果你组合这些函数来执行切换，它

仍然

不是线程安全的。 为什么不使用

std::atomic_int

？

i=0;

是线程安全的，

i=i+1;

不是，因为如果另一个线程同时执行相同的操作，

i

可能最终只增加一次而不是两次。这是一个读取-修改-写入的过程，线程 1 和 2 的示例问题序列是

(read1,read2,modify1,write1,modify2,write2)

。到目前为止，都是标准的。现在你明白为什么这也不是线程安全的了吗？

bool x = ATOMIC_BOOL_READ (&b);
x = !x;
ATOMIC_BOOL_WRITE (&b, x);

你的函数添加了

no

任何线程安全性。你可以写一个函数 bool atomic_toggle_and_return_new_value (bool * b) { ... }

基于比较和交换或测试和设置。对于更复杂的情况，“两个线程都读取和写入相同的布尔值，您需要读取器和写入器在某些关键部分上协作同步（或研究无锁和无等待算法）。

__sync_bool_compare_and_swap

Answer 2

这取决于你需要什么。

__sync_lock_test_and_set

会更便宜（并且保证是原子的），但它不会报告操作是否“成功”，因为该值是预期的（无论如何它总是“成功”，并且您确实得到了值）同样，如果不是你所说的那样，它也不会“失败”）。然而，这些信息并不总是有趣。

如果您在 C++0x 模式下编译，则可以使用

std::atomic<bool>

来代替原子内置函数，该模式提供 .load() 和

.store()

。这些函数可能更高效（要么利用某些操作是原子的知识，要么插入障碍，要么使用特殊操作，或其他什么），并且您的代码更可移植（并且更明显）。

此外，在几乎所有架构上，您还可以期望（认为不能保证！）对 bool 的写入无论如何都是原子的。而且……这确实取决于。例如，如果您只想在一个线程中设置一个标志，并且只想查看它是否在另一个线程中设置，并且在实现这一点之前可能需要多花几微秒也没关系，您可以只分配变量无论任何原子性。

原子本质上是

不可移植的

，这些是 GCC 扩展，将来可能不再存在，并且无法在其他编译器上运行。

Answer 3

一个值得注意的事实是，现有的所有机器始终保证对特定大小的数据的访问是原子的。这来自于内存和系统总线中的数据以一定的

粒度

传输的基本概念。在大多数机器中，布尔值绝对应该是原子的，所以：

bool ATOMIC_BOOL_READ(volatile bool* b) {
    bool v = *b;
    __sync_synchronize(); // ensure value pushed to memory
    return v;
}

void ATOMIC_BOOL_WRITE(volatile bool* b, bool v) {
    __sync_synchronize(); // read will return fresh value
   *b = v;
}

这可能就是 GCC 不提供简单的加载/存储特殊原子操作的原因：它们已经被认为是原子的。