在两个线程上读/写 64 位，无互斥/锁定/原子

Read/write 64-bits on two threads without mutex/lock/atomics

本文关键字：原子 锁定 两个 线程      更新时间：2023-10-16

我有一个 64 位结构std::array，其中每个结构如下所示：

MyStruct
{
float _a{0};
float _b{0};
};  // Assume packed

一个线程(CPU 内核(将写入 64 位对象，另一个线程(不同的内核(将读取它。

我使用的是英特尔 x86 架构，我知道 64 位写入保证是原子的，来自英特尔开发人员手册。

但是，我担心第二个线程可能会在寄存器中缓存该值，并且无法检测到该值何时更改。

  • MESIF协议会保证第二个线程看到写入吗？
  • 我是否需要volatile关键字来告诉编译器另一个线程可能正在修改内存？
  • 我需要原子学吗？

写入值的线程对性能非常敏感，如果可以的话，我想避免内存障碍、互斥锁等。

无论volatile是否会在下一个C++版本中被弃用 -volatile从未设计或打算用于多线程！这与Java形成鲜明对比，Java的易失性意味着完全不同的东西(Java易失性语义更接近于C++原子学的语义(。

最好有更多关于实际问题的信息，即，关于你实际想要实现的目标的更多背景。

根据您的描述，您只涉及两个线程 - 一个读取和一个写入 - 我建议使用单生产者-单消费者队列。这样的队列可以只用两个用于头/尾索引的原子计数器来实现;值本身不必是原子的，可以是任何类型的(包括不可复制的值(。

但是要了解这是否是一个有效的解决方案，我需要更多信息： 这些物品应该以先进先出还是后进先出消费？阵列呢？它有多大？它可以溢出/下溢(即线程尝试写入/读取条目，但数组已满/空(？应如何处理已满/空数组？

作为一个C++开发人员，你应该对 cpu 的低级功能持保留态度。请参阅这个有趣的问题："理解标准：：hardware_destructive_interference_size和标准：：hardware_constructive_interference_size">

在缓存行之间真正共享appens，从我们可以看到的，上面的结构应该像这样修改：

struct MyStruct
{
alignas ( hardware_constructive_interference_size ) atomic < float > _a;
alignas ( hardware_constructive_interference_size ) atomic < float > _b;
};

并发访问变量总是需要使用 std：：atomic。如果您的目标应用程序要按顺序执行写入对您来说并不重要C++。 很多事情都在引擎盖下进行，最后易失性不起作用，它已被std::atomic超级种子并被弃用。

MESIF协议会保证第二个线程看到写入吗？

不，这取决于操作系统，如果你的第一个(写入线程(被优先考虑，并且在第二个线程甚至可以读取第一个线程之前设法写入两次，那么这就是数据竞争，完全依赖于操作系统。

我是否需要 volatile 关键字来告诉编译器另一个线程可能正在修改内存？

volatile告诉编译器不要优化变量，根本不优化它。

我需要原子学吗？

取决于，您不打算使用互斥锁，您不打算使用任何与远程并发相关的内容，除了原子学，它更适用于跨线程编写。

我建议将 std：：mutex 与std::lock_guard或std::scoped_lock结合使用。

我知道你的标题说你不想要它，但这确实是保证每次阅读和写作顺序相同的唯一方法。

  • MESIF - 对寄存器没有影响。
  • 易失性 - 在过去用于此，但在较新的编译器中，它仅用于从硬件寄存器读取以强制读取，因此它不起作用。

  • 原子 - 一旦你有两个线程一起通信，你就需要原子操作来读取和写入。

    std：：atomic whatEver;

如果你幸运的话，你会得到

bool is_lock_free = whatEver.is_lock_free();

更幸运的是，如果

bool is_lock_free = whatEver.is_always_lock_free();

你将不得不做

auto whatEver = arrayOfWhatEver[x]; // atomic
auto a = whatEver._a;

使用原子操作，而不仅仅是读取 MyStruct 的各个成员。

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