如何检查生产者/消费者模式中的原子对象影响？

Question

我想实现以下内容

1. 两个线程：

   producer

   （可以改变共享变量

   a

   ），

   consumer

   （等待共享变量改变）
2. 我想用atomic来同步线程

问题 - 我用

int a;

和

std::atomic<int> a;

运行我的代码，但在 100% 的情况下，我在我的 PC 上得到相同的结果。

calculate_val 
process 1

如何查看有和没有原子的代码变化？

using namespace std;

atomic<int> a; // I was replacing with int a; and always have the same result
int val;

int calculate_val() {
    cout << "calculate_val " << endl;
    return 1;
}

void process(int val) {
    cout << "process " << val << endl;
} 

void threadProducer() {
    val = calculate_val();
    a = 1;
}

void threadConsumer() {
    while (!a) {
        
    }
    process(val);
}




int main() {
    thread t2(threadConsumer);
    thread t1(threadProducer);

    t2.join(); // was trying to change order
    t1.join();
    return 0;
}

Answer 1

你的场景太简单了。在具有强有序内存语义的架构上（例如 x86 和后代，如果你提到“我的电脑”，它可能就是你正在使用的），关闭编译器优化，只要编译器不重新排序

 threadProducer

的

a = 1;

在函数调用之前（它没有理由这样做），不会为

a

测试缓存

while (!a)

的值，并且不会消除

while(a){}

循环，原子不会有什么不同。

如果没有原子，您现有的代码可能会失败：

1. 在具有弱有序内存语义的机器上（对

   a

   和

   val

   的写入可以在

   threadConsumer

   中以任何顺序可见，并且它们可能需要任意长的时间才能变得可见）。我怀疑

   iostream

   库的内置锁定，以及它包装的 C

   stdio

   可能会触发缓存刷新，所以你的 I/O 试图 observe 比赛实际上是 changing 行为.
2. 在任何机器上，如果编译器选择在

   a

   中缓存

   threadConsumer

   的值以提高效率（非

   volatile

   ，非

   atomic

   值可以被缓存以节省开销，因为假设它们只能从访问一个线程，加载线程没有改变它）。
3. 在任何机器上，如果编译器 决定消除

   while (a) {}

   循环，因为非原子

   a

   如果按照 #2 中的建议进行缓存，则可能会创建一个无限循环。
4. 在任何机器上，如果编译器选择在

   a = 1;

   之前重新排序

   val = calculate_val();

   （因为这两行都不依赖于另一行计算的任何值，优化编译器可以选择以任一顺序执行它们）。实际上，鉴于上述 I/O 层中的锁定，编译器 不会 交换这些行，但如果 I/O 被删除，它 可以
。

我不打算给出可能出错的例子，因为粗略的搜索会找到各种关于何时以及为什么使用原子的例子。重要的是要知道，即使在您 thought 没有它们就安全的简单场景中，事实并非如此。即使开启优化也可能导致您的非原子代码

a

停止在 x86-64 机器上运行，而 x86-64 已经在简单模式下进行线程/原子操作。