c ++多线程-如何处理对共享变量的写入答案

【问题标题】：c++ Multithreading - how writes to a shared variable are handledc ++多线程-如何处理对共享变量的写入
【发布时间】：2021-03-15 15:16:20
【问题描述】：

正如标题所暗示的 - 在 C++ 中，如何处理线程中对共享变量的写入？线程是否使用它们自己的数据副本？我知道线程之间共享什么，什么不是，但我找不到关于在多线程场景中如何处理对变量的写入的任何信息。

让我给你一点背景。在 Java 中，线程处理它们自己的数据副本。我们添加同步以确保线程的写入对其他线程可见。简而言之，同步可确保将写入刷新到主内存。

类似的结构对 c/c++ 有效吗？如果一个线程正在写入一个变量，这些写入是否会立即更新到主内存，或者是操作系统控制如何写入主内存？我们是否需要添加同步来刷新这些更新？

例如如果两个线程正在递增一个计数器，我可以保证第一个线程总是首先完成该特定任务（不知何故，通过使用第二个线程的延迟启动，在实践中可能无法保证）并且不会有两个线程之间的任何指令混乱，那么我是否总是能看到两个线程的影响？

Thread 1 { i++; ... do something that takes long time}
Thread 2 { i++; ... do something that takes long time}

谢谢， RG

【问题讨论】：

在 Java 中，线程不能处理它们自己的数据副本。在 Java 中，您需要同步以避免线程同时访问相同的数据，因为这样做会导致崩溃。这同样适用于 C++。
请注意，您不使用任何同步，您可能很容易遇到在 C++ 中导致 未定义行为 的 数据竞争。例如，i 的类型为 int 并且其增量不受互斥体保护时就是这种情况。如果i 是std::atomic<i> 类型，那么，你很好。

【解决方案1】：

线程是否使用它们自己的数据副本？

不，除非数据声明为thread_local。

同步确保写入刷新到主内存。类似的构造对 c/c++ 有效吗？如果一个线程正在写入一个变量，这些写入是否会立即更新到主内存中

是的，但除非您使用某种同步，否则其他线程可能会或可能不会看到更改 - 或读取不正确。

我们是否需要添加同步来刷新这些更新？

是的，但我不确定我是否会使用冲洗这个词。 “同步”很好。

例如如果两个线程都在增加一个计数器，我可以保证第一个线程总是先完成......

如果你能保证，你就有同步。

我会一直看到这两个线程的影响吗？

是的，如果你有你所说的保证。

【讨论】：

谢谢特德。从 link 开始，同步确保了对其他线程可见的内容。除非读取器和写入器使用同步，否则无法保证写入会变得可见。在 C++ 中，从我收集的信息来看，如果一个线程正在更新共享变量，当另一个线程查找它时，它对其他线程是可见的，而无需显式的同步构造。是这样吗？
@user14757101 不。正如我在答案中所写，如果没有同步，其他线程可能会也可能不会看到更新或看到“一半”。
谢谢特德！是的，我不知何故错过了那个。

【解决方案2】：

C++ 不能保证读/写和刷新到内存的原子性如何工作，除非您使用原子原语，例如 std::atomic。在这里要非常小心。无锁编程很难做到正确。

我的建议是使用锁。

【讨论】：

没错。如果您想确保在线程之间安全使用变量，您需要查看互斥锁或信号量 (faculty.cs.niu.edu/~hutchins/csci480/semaphor.htm)
@RussellIslam 为什么要使用非标准库？ C++ 标准包含自 C++11 以来的互斥锁。
感谢 Tumbleweed53！因此，除非互斥体或原子变量用于触发这些刷新，否则刷新对内存的更改由操作系统处理？
@user14757101 不仅仅是操作系统、CPU 和内存总线本身。使用 std::atomic 允许您 (a) 防止编译器重新排序您的内存读取和写入，(b) 确保读取和写入以原子方式完成并且不会分成多个部分，以及 (c) 确保处理器不会重新排序你的读写。后一部分（c）对于多处理器系统（基本上现在的每个系统）尤其重要。然而，即使理解和使用std::atomic API 也是一个真正的挑战，而且很容易产生错误。这只是一个硬域。这就是人们使用锁的原因。