在不锁定 Mutex 的情况下读取受 Mutex 保护的共享数据答案

【问题标题】：Read shared data protected by Mutex without locking Mutex在不锁定 Mutex 的情况下读取受 Mutex 保护的共享数据
【发布时间】：2021-01-12 22:29:12
【问题描述】：

鉴于受 Mutex 保护的共享数据。在不需要锁定互斥锁的情况下读取部分共享数据的适当方法是什么？如下例所示，使用 std::atomic_ref 是否合适？

struct A
{
  std::mutex mutex;
  int counter = 0;
  void modify()
  {
    std::lock_guard<std::mutex> guard(mutex);
    // do something with counter
  }
  int getCounter()
  {
    return std::atomic_ref<int>(counter).load();
  }
};

【问题讨论】：

构造一个临时的atomic_ref 绝对没用。你想做什么具体的实际事情？您为什么不想锁定互斥锁，您希望互斥锁用于什么目的？您需要哪些安全保证？
想一想：它可能与在任何地方都不是原子的long long long int 一起工作吗？它显然不会。

标签： c++ thread-safety locking mutex atomic

【解决方案1】：

如果您绕过锁定互斥锁并从共享数据执行原子读取（例如使用std::atomic_ref），那么如果其他线程之一使用非原子访问写入，您的程序将调用undefined behavior。

如果所有线程都使用原子操作来访问共享数据，那么就没有未定义的行为。但是，在这种情况下，如果所有访问都是原子的，那么使用互斥锁保护共享数据可能毫无意义。

【讨论】：

感谢您的回答。但是，锁定和解锁互斥体是否意味着原子访问可以看到内存顺序？
@hpc64：memory ordering 的概念仅适用于同一线程中的操作。在您的示例中，一个线程使用原子访问，而另一个线程使用互斥锁。您必须对共享数据进行所有访问，或者必须使用某种形式的线程同步（例如互斥锁）。否则你将有未定义的行为，除非所有线程对共享数据的所有访问都是只读的。
@Andreas_Wenzel：@Andreas_Wenzel：Alok Save 在stackoverflow.com/questions/11172922/… 中的回答意味着互斥锁/解锁会添加栅栏，然后原子访问可以看到这些栅栏。
@hpc64：根据您引用的答案，互斥锁/解锁操作不是围栏。只有没有关联内存位置的同步操作才是栅栏。与相关内存位置的同步操作（例如互斥锁/解锁操作和原子操作）是获取/释放“操作”，而不是“栅栏”。因此，互斥锁/解锁操作和原子操作只会影响其他线程的可见性，当两个线程使用锁定/解锁/原子操作修改相同的内存位置时（这不适用于您的情况）。
@hpc64：即使所有互斥锁锁定/解锁操作都是获取/释放栅栏，您仍然会遇到这样的问题，即线程 A 在锁定互斥锁后对共享数据执行非原子写入，线程 B 可以从共享数据中执行原子读取。由于线程 A 的写入是非原子的，因此在线程 B 的原子读取时，共享数据可能处于不一致状态，因为线程 A 尚未完成其写入操作。 [在下一条评论中继续]