C++ 线程与可见性问题——常见的工程实践是什么？

Question

从我的研究中，我知道饥饿、死锁、公平和其他并发问题的概念。然而，在一定程度上，理论与实践有所不同，真正的工程任务往往比学术等等更详细……

作为一名 C++ 开发人员，我一直担心线程问题...

假设您有一个共享变量x，它引用了程序内存的较大部分。该变量在A 和B 两个线程之间共享。

现在，如果我们考虑从A 和B 线程对x 的读/写操作，可能同时需要同步这些操作，对吧？因此，对x 的访问需要某种形式的同步，例如可以通过使用互斥锁来实现。

现在让我们考虑另一种情况，其中x 最初由线程A 写入，然后传递给线程B（不知何故），该线程仅读取x。线程B 然后产生一个对x 的响应，称为y 并将它传递回线程A（再次，不知何故）。我的问题是：我应该使用什么同步原语来使这个场景线程安全。我读过关于原子的文章，更重要的是，还有内存栅栏——这些是我应该依赖的工具吗？

这不是存在“关键部分”的典型场景。相反，一些数据在线程之间传递，不可能在同一内存位置并发写入。因此，在写入数据之后，首先应该以某种方式“刷新”数据，以便其他线程在读取之前可以看到它处于有效且一致的状态。文献中怎么称呼，是不是“能见度”？

pthread_once 和它的 Boost/std 对应物，即call_once 怎么样。如果x 和y 都通过一种“消息队列”在线程之间传递，它通过“一次”功能访问是否有帮助。 AFAIK 它充当一种记忆栅栏，但我找不到任何确认。

CPU 缓存及其一致性如何？从工程的角度来看，我应该知道什么？这些知识对上面提到的场景或C++开发中常见的任何其他场景有帮助吗？

我知道我可能会混合很多主题，但我想更好地了解常见的工程实践是什么，以便我可以重用已知的模式。

这个问题主要与 C++03 中的情况有关，因为这是我的日常工作环境。由于我的项目主要涉及 Linux，所以我可能只使用 pthreads 和 Boost，包括 Boost.Atomic。但我也很感兴趣，随着 C++11 的出现，与此类问题有关的任何事情都发生了变化。

我知道这个问题很抽象而且不是那么精确，但任何输入都可能有用。

Answer 1

你有一个共享变量 x

这就是你出错的地方。如果您使用某种线程安全的消费者-生产者队列来移交工作项的所有权，线程化会容易得多，并且从程序的其余部分（包括所有业务逻辑）的角度来看，没有任何东西是共享的。

消息传递还有助于防止缓存冲突（因为没有真正的共享——除了生产者-消费者队列本身，如果工作单元很大，这对性能影响很小——并将数据组织成消息有助于减少虚假分享）。

当您将问题分解为子问题时，并行性的扩展性最好。小子问题也更容易推理。

您似乎已经按照这些思路进行了思考，但是不，像原子、互斥体和栅栏这样的线程原语对于使用消息传递的应用程序来说并不是很好。找到一个真正的队列实现（队列、圆环、Disruptor，它们有不同的名称，但都满足相同的需求）。原语将在队列实现中使用，但绝不会在应用程序代码中使用。