多个线程可以安全地同时将相同的值写入同一个变量吗？

Question

多个线程能否安全地将相同的值同时写入同一个变量？

举个具体的例子——C++ 标准是否保证以下代码在每个符合标准的系统上都可以编译、运行而没有未定义的行为并打印“true”？

#include <cstdio>
#include <thread>

int main()
{
    bool x = false;
    std::thread one{[&]{ x = true; }};
    std::thread two{[&]{ x = true; }};
    one.join();
    two.join();
    std::printf(x ? "true" : "false");
}

这是一个理论问题；我想知道它是否总是有效，而不是在实践中是否有效（或者像这样编写代码是否是个好主意:)）。如果有人能指出标准的相关部分，我将不胜感激。根据我的经验，它在实践中总是有效的，但不知道它是否能保证有效，我总是使用 std::atomic 代替 - 我想知道这对于这种特定情况是否是绝对必要的。

Answer 1

没有。

您需要同步对这些变量的访问，方法是使用互斥锁或使它们原子化。

写入 same 值时没有例外。您不知道编写该值涉及哪些步骤（这是潜在的实际问题），标准也不知道这就是代码具有未定义行为的原因……这意味着您的编译器可以对您的程序造成绝对的混乱（这就是真正你需要避免的问题）。

有人会过来告诉你，这样那样的架构可以保证对这些大小的变量进行原子写入。但这不会改变 UB 方面。

您要查找的段落是：

[intro.races/2]：如果其中一个修改了内存位置 ([intro.memory]) 而另一个读取或修改了相同的内存位置，则两个表达式求值冲突。

[intro.races/21]: […] 如果程序的执行包含两个潜在的并发冲突操作 […]，则该程序的执行包含 数据竞争。任何此类数据竞争都会导致未定义的行为。

... 以及周围的措辞。该部分实际上非常深奥，但您实际上不需要解析它，因为这是经典的教科书数据竞赛，您可以在任何有关编程的书中阅读。

Answer 2

从标准的角度来看，亮度是正确且准确的。

但我会从另一个角度告诉你为什么从硬件架构的角度来看这不是一个好主意。

如果没有内存屏障（原子、互斥体等），您可能会遇到所谓的缓存一致性问题。在多核或多处理器机器上，您的两个线程都可以将x 设置为true，但您的主线程可能会打印false，即使您的编译器没有将x 存储到寄存器中。那是因为主线程使用的硬件缓存尚未更新为使x 从它所在的任何缓存行中失效。 C++ 提供的原子类型和锁守卫（以及无数的操作系统原语）就是为了解决这个问题而实现的。

无论如何，谷歌搜索Cache Coherence Problem 和Cache Coherence Multicore。对于如何实现原子事务的特定架构实现，请查看Intel LOCK prefix。