在单写多读情况下，我们是否需要为 uint64_t 加锁？答案

【问题标题】：Do wee need a lock for uint64_t in single writer multi-reader situation?在单写多读情况下，我们是否需要为 uint64_t 加锁？
【发布时间】：2020-09-08 07:50:35
【问题描述】：

class Foo {
public:
    void set(uint64_t new_var) { var_ = new_var; }
    uint64_t get() { return var_; }
private:
    uint64_t var_;
};

如果一个作家多读者，是否需要锁定set 和get？

【问题讨论】：

这取决于代码运行的平台，但为了安全起见，您可以使用std::atomic<uint64_t>。
除非声明 _Atomic，否则不能假定 C 中的变量具有原子访问权限。 CPU 数据宽度无关紧要，写入者的数量无关紧要。如果写入发生在多个指令中（例如“从堆栈加载寄存器”、“将值写入寄存器”）并在中途被中断，那么您就有竞争条件错误。在某些情况下，这可能只会导致不正确的计时错误，在其他情况下会损坏数据。

标签： c++ c concurrency

【解决方案1】：

如果一个作家多读者，是否需要锁定set 和get？

你不一定需要一个锁，但你需要同步，这可以通过锁一个mutex 或简单地声明变量 atomic。

在 C++ 中：std::atomic<uint64_t> var_;

在 C 中：_Atomic uint64_t var_;

无论数据类型如何，在 C 和 C++ 语言中，当涉及至少一个写入器时，同时访问的每个变量都需要同步。

这与编译器在生成代码时对指令的排序方式有关；在没有同步的情况下，根据as-if rule，允许编译器假设每个线程都是独立执行的，并以它认为合适的任何方式重新排序变量访问。由于无法预测结果，非同步访问会立即将程序置于未定义行为领域。例如，变量可以优化到 CPU 寄存器中，两个线程根本不会注意到它的变化，或者它可能在程序中的不同时间写入内存。

此外，在许多 CPU 架构（不包括 x86）上，64 位读/写实际上不是原子的。所以即使代码的布局恰到好处，它也可能无法正常工作。

【讨论】：

【解决方案2】：

是的，这是必要的。除了平台限制（见评论），你的 uint64_t 可以不对齐：读取可以请求 2 个操作。

【讨论】：

【解决方案3】：

是的，考虑这个例子：

#include <iostream>
#include <future>
#include <vector>

class Foo
{
public:
    void set(uint64_t new_var) { var_ = new_var; }
    uint64_t get() { return var_; }

private:
    uint64_t var_;
};

int main()
{
    Foo v1; v1.set(0);
    uint64_t v2 = 0;

    std::vector<std::future<void>> ret_1;
    ret_1.reserve(10);
    std::vector<std::future<void>> ret_2;
    ret_2.reserve(10);

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        ret_1.push_back(std::async(std::launch::async, [&]() {
            for (int j = 0; j < 10'000; j++)
                v1.set(v1.get() + 1ul);
        }));
        ret_2.push_back(std::async(std::launch::async, [&]() { 
            for (int j = 0; j < 10'000; j++)
                v2+=1ul; 
        }));
    }

    for(auto& f : ret_1)
        f.wait();

    for(auto& f : ret_2)
        f.wait();

    // Expected in both examples: 10'000 * 10 = 100'000
    std::cout << "Foo: " << v1.get() << std::endl;
    std::cout << "uint64_t: " << v2 << std::endl;

}

预期结果是 100'000，但这是输出：

raidg@Papuga:~$ c++ -o main main.cpp -lpthread
raidg@Papuga:~$ ./main 
Foo: 26257
uint64_t: 32825

因为它们之间没有同步

【讨论】：