我总是需要通过互斥/原子来保护变量吗？

Question

假设我有很多线程和一个简单的、可简单复制的非数组（基本类型，如

float

、

uint16_t

等）变量，称为

flag

。 一个且只有一个的线程经常设置变量的值，而其他线程仅从中读取值并且不写入它。在这种情况下，我是否必须使变量原子化或通过互斥体保护它？我知道当多个线程写入变量时我必须保护该变量，但在我的情况下有必要这样做吗？是否依赖于平台？

Answer 1

编译器可以自由地对此进行优化：

while (x != 0) {
  // code it knows does not modify x, nor synchronize with other threads
}

进入

if (x!=0) {
  while (true) {
    // code it knows does not modify x
  }
}

即，检查

x

一次并从逻辑上假设它无法更改。

但是，如果

x

是原子的，则不允许它们执行此操作，因为每次读取都会隐式同步发生在其他线程写入变量之后。

一般来说，在线程 1 中读取变量而不同步在线程 2 中写入同一变量在当前 C++ 内存模型下是 UB。

这个 UB 可能是硬件问题，并且允许编译器以您可能认为有敌意的方式优化您的代码。

所以，是的，您需要告诉编译器您的读/写可能会涉及线程间通信。

有趣的是，您的代码今天可能可以在使用当前编译器的硬件上运行。然后几年后，无害的操作系统更新、编译器更新或硬件修订将使您的代码失败。更重要的是，这种失败的情况可能很少见，甚至可能发生在今天！

你无法证明你的代码是正确的，因为我可以证明你的代码是错误的。您无法证明编译器（假设它没有错误）将永远生成执行您要求的操作的有效程序集，因为标准表明您的代码表现出 UB。

您也许能够获取编译器特定运行的汇编程序输出，并在 CPU 制造商为这些指令提供的保证下证明生成的代码是正确的。但我看过 CPU 指令描述，祝你好运。

Answer 2

TLDR： 如果任意两个或多个线程访问同一个变量且没有同步， 并且至少其中一个访问是写入，那么这是未定义的行为 (UB)。如果你的程序依赖于 UB，那么就没有任何保证。不可能明确说明该程序会做什么或不会做什么。即使它就像一个线程设置一个标志来告诉其他线程“是时候停止了”一样简单。如果没有同步，那就是 UB，任何人都不可能确定会发生什么。