如何跨线程同步变量？ C++答案

【问题标题】：How do i sync variables across threads? C++如何跨线程同步变量？ C++
【发布时间】：2012-07-29 17:38:47
【问题描述】：

假设我有 A) 全局变量 B) 局部变量，但另一个线程有一个指向它的指针

假设我有这个代码

thread2(&localVar);//now thread2 can modify it
localVar=0;
globalVar=0;
while(1){
    mutex.lock();
    cout << (globalVar && localVar ? "Both true" : "fail");
    mutex.unlock();
    Sleep(1000)
}

这是正确和安全的吗？我不记得了。如果是我的问题是 C++ 如何知道 localVar 和 globalVar 可能已被修改？如果你说它是因为互斥锁/解锁，那么我的问题是为什么？在调用任何函数时，C++ 是否认为变量可能已被修改并需要重新加载到寄存器中？

如果这不安全，那么是什么让它不安全？（我怀疑如果不是，那么只有 localVar 是不安全的），我该如何纠正它？

【问题讨论】：

在修改变量之前，您的第二个线程是否也采用相同的互斥锁？
请提供完整代码，我们不必猜测。
When calling any functions does C++ believe variables may have been modified and need to be reloaded into the register? 使互斥锁工作必须做的一切都已完成。如果这就是它所需要的，那么这就是它所做的。（实际需要做的可能是特定于平台的。它可能涉及在所有互斥操作之前使寄存器内容无效，可能不会。）
@DavidSchwartz 我怀疑编译器会检查并为该函数/类做一些特殊的事情，因为它被称为互斥体
@acidzombie24：这取决于编译器。对于一些人来说，没有什么特别的需要。他们为所有外部功能执行此操作。对于某些功能，需要特定的“clobbers”。

标签： c++ multithreading

【解决方案1】：

你做得比实际情况复杂得多。您的责任是确保不会发生对变量的冲突访问。

定义：对给定内存位置的两次访问冲突 iff它们可以同时发生并且至少一个是写访问。

所以：

两次写入同一内存位置 = 错误
对同一内存位置的读取和写入 = 错误

为确保这种情况永远不会发生，您可以使用mutex，或者您将程序设计为只读取线程之间共享的变量。还有许多其他可能的策略。

如果我正确理解您的不完整代码：localVar 在两个线程中同时修改。 行为未定义。任何事情都有可能发生。

【讨论】：

当/如果涉及多个值时，“至少一次写入访问”的标准不成立。如果你想正确地呈现“一组值”的当前状态，你需要那个互斥锁来保护它。
“不成立”我应该更清楚：在考虑需要作为一个整体看待的一组值时，这还不够。如果您允许不受限制的读取访问，您可能会修改一个而另一个“尚未更新”以反映当前状态 - 它们不同步。
@RichardSitze 对不起，我还是不明白；你能提供一个代码示例吗？
示例：编写器线程设置时间、位置和速度——这些值相互绑定。您不希望阅读器线程读取时间t3、时间t2 和速度t3。因此，您的写入器线程将使用互斥锁来保护对绑定值集（时间、位置、速度）的更新，而您的读取器线程将使用相同的互斥锁来保护它对一组值的读取。
@RichardSitze 这个例子说明了语言约束和域约束之间的区别：语言只说必须保护每个单独的变量（时间、位置和速度）免受冲突访问（可能由 3 个不同的@ 987654326@ 变量：time_mutex、position_mutex 和 velocity_mutex），但高级约束意味着您只能为所有三个变量使用一个互斥锁。

【解决方案2】：

这样正确又安全吗？

没有。

修复：在创建第二个线程之前初始化 localVar 和 globalVar。

您已将 localVar（在本地堆栈上？local var 建议在范围内的堆栈上）暴露给另一个线程很麻烦。如果这个 localVar 在堆栈上，那么请确保不要让它超出范围。

您是否在另一个线程上使用相同的互斥锁来保护读/写访问？如果是，那么这就是朝着安全的方向发展。

这不是“C++ 是否知道 localVar 和 globalVar 可能已被修改？”的问题：C++ 不知道。对于这种情况，如前所述，一切都是关于使用互斥锁来正确保护对所有共享值的所有访问。如果两个线程都使用互斥锁，则一次只允许一个线程通过它，进入受保护的代码。任何其他试图锁定互斥锁的线程都将“停止并等待”，直到锁被释放。

因此，通过互斥锁包围您对这对值的读取，您走在了正确的轨道上。

当调用任何函数时，C++ 是否认为变量可能已被修改并需要重新加载到寄存器中？

一般来说，是的。

【讨论】：

在我的示例中，localVar 和 globalVar 假定已经初始化或构造。假设其他线程是正确的。所以我专注于这个线程。在这个线程/示例中，while 循环是永远的，超出范围与线程/问题无关，所以忽略它。是的，我会的。但我不明白 C++ 如何知道在那时同步变量。另一个例子是假设我的代码允许两个变量之一过时（它可以等到下一个循环）为什么我不能做Flush() 而不是互斥锁（并且没有解锁）？它会知道 var 已经
改变了吗？（假设 var 未标记为 volatile）。假设我没有互斥锁，这个线程会看到另一个线程的更新吗？如果不是，那么为什么 lock 允许它看到？这些是我问这个问题时想知道的事情的类型
@acidzombie24 您在 while 循环之前立即将 localVar 和 globalVar 都设置为 0 - 这看起来像 init 代码，并且没有保护。可能会或可能不会给您带来问题，但它充其量是不好的形式。
@acidzombie24 你会看到没有互斥锁的变化。看看我的 cmets 对好奇的人的回应。
@acidzombie24 您的声明“我不明白 C++ 如何知道同步变量”暗示了您可能会感到困惑的事情。 C++ 不同步变量 - 它只创建一个副本，您选择在两个并发线程之间共享它们。互斥锁是关于允许您限制对部分代码的访问 - 在这种情况下读取或写入共享变量。正确使用互斥锁允许您通过这种受限访问进行协调。

【解决方案3】：

我认为第一次获取局部变量的地址时，它会变得易失，所有读写都在内存中执行。

【讨论】：