这是原子读写布尔的正确方法吗？

Question

一个布尔标志由两个线程切换。下面的代码有意义吗？

static bool ATOMIC_BOOL_READ( volatile bool& var )
{
    return __sync_fetch_and_or(&var, 0);
}

static void ATOMIC_BOOL_WRITE(volatile bool& var, bool newval )
{
    __sync_bool_compare_and_swap( &var, !newval, newval);
}

注意几点：

• 我正在传递一个布尔引用。有意义吗？

• 为了踢球，我还宣布它是易变的。

• 函数是静态的

更新：

我想问的基本问题是： 原子性和内存屏障有什么区别？如果线程 A 正在对变量 foo 执行 atomic builtin，那么线程 B 不能对变量 foo 执行任何操作；因此创建了内存屏障？

Answer 1

对于 read-modify-write 系列操作，您只需要原子操作。隔离读写已经是原子的。

您的问题说两个线程“切换”相同的布尔值。这不是你发布的函数所做的——如果你结合这些函数来执行切换，它仍然不是线程安全的。

为什么不使用std::atomic_int？

i=0; 是线程安全的，i=i+1; 不是，因为如果另一个线程同时执行相同的操作，i 可能最终只会增加一次而不是两次。这是一个读-修改-写，一个示例问题序列是(read1,read2,modify1,write1,modify2,write2)，用于线程 1 和 2。到目前为止，都是标准的。

现在你明白为什么这也不是线程安全的了吗？

bool x = ATOMIC_BOOL_READ (&b);
x = !x;
ATOMIC_BOOL_WRITE (&b, x);

您的函数添加了 no 线程安全性。你可以写一个函数

bool atomic_toggle_and_return_new_value (bool * b) { ... }

例如，基于比较和交换或测试和设置。对于更复杂的情况，“两个线程都读取和写入 same bool，您需要读取器和写入器在某些关键部分协作同步（或查看无锁和无等待算法）。

Answer 2

__sync_bool_compare_and_swap 是正确的，但可能比必要的要贵得多。

这取决于你需要什么。 __sync_lock_test_and_set 会更便宜（并且保证是原子的），但它不会报告操作是否“成功”，只要值是预期的（无论如何它总是“成功”，你确实得到了价值同样，如果不是您所说的，它就不会失败）。然而，这是一些并不总是有趣的信息。

如果您在 C++0x 模式下编译，则可以使用 std::atomic<bool> 而不是原子内置函数，该模式提供 .load() 和 .store()。这些函数可能更高效（或者利用某些操作是原子的知识，或者插入屏障，或者使用特殊操作，或其他），并且您的代码更便携（并且更明显）。

此外，在几乎所有架构上，您还可以期望（认为无法保证！）对 bool 的写入无论如何都是原子的。

而且...这真的取决于。例如，如果您只想在一个线程中设置一个标志，并且只想查看它是否在另一个线程中设置，并且在实现这一点之前是否可能需要几微秒也没关系，您可以分配变量不考虑任何原子性。

Answer 3

Atomics 本质上是不可移植的，这些是 GCC 扩展，将来可能不再存在，并且无法在其他编译器上运行。

只有在完全理解上述陈述后，您才应该阅读其余的答案。

一个值得注意的事实是，现有的所有机器始终保证对达到特定大小的数据的访问是原子的。这源于内存和系统总线中的数据以一定的粒度传输的基本概念。在大多数机器中，布尔值绝对应该是原子的，所以：

bool ATOMIC_BOOL_READ(volatile bool* b) {
    bool v = *b;
    __sync_synchronize(); // ensure value pushed to memory
    return v;
}

void ATOMIC_BOOL_WRITE(volatile bool* b, bool v) {
    __sync_synchronize(); // read will return fresh value
   *b = v;
}

这可能是 GCC 不提供简单的加载/存储特殊原子操作的原因：它们本来就应该是原子的。