不能使用互斥锁读取共享数据会导致任意陈旧数据吗？

Posted 2023-02-16

【中文标题】不能使用互斥锁读取共享数据会导致任意陈旧数据吗？

【英文标题】：Can not using a mutex to read shared data result in arbitrarily stale data?

【发布时间】：2013-01-22 19:48:41

【问题描述】：

假设我们有一个简单的类：

class example

    bool m_isCanceled;
    example() : m_isCanceled(false) 
public:
    void cancel()  m_isCanceled = true; 

    void doWork()
    
        for (int i = 0; i < MAX_RETRIES; ++i)
        
            // Slow
            doStuff();

            if (m_isCanceled)
            
                return;
            
        
    

如果我们在一个线程上调用example::doWork()，然后在一段时间后我们在另一个线程上调用example::cancel()，那么在第一个线程看到m_isCanceled 现在为真之前是否存在限制？

在类似的情况下，我建议我们使用互斥锁保护 m_isCanceled，但我的同事说第一个线程最多会在额外的迭代后看到更新。是这样吗？

【问题讨论】：

不，他不对——没有内存栅栏，第一个线程可能永远看到更新。

如果您使用的是 C++11，您应该将 m_isCanceled 声明为 atomic<bool>，如果您不是，则将其访问与互斥锁同步。

@Andy ：幸运的是，对于那些使用旧工具集的人来说，Boost 1.53 将包含新的 Boost.Atomic 库。 :-]

@ildjarn：很高兴听到，感谢您分享信息 :)

您的m_isCanceled 上至少需要volatile - 这应该会阻止它被缓存在循环中的寄存器中。然而，在某些架构上，这还不够，因为缓存不会在另一个内核写入变量时更新——在这种情况下，您必须使用原子类型操作。

【参考方案1】：

根本没有保证。理想情况下，您会使布尔变量原子化。如果做不到这一点，让它volatile 恰好可以在几乎所有已知的平台上工作。当然，用互斥锁保护它是可以保证的。

在实践中，无论如何它都会“发生作用”。实现通常不知道doStuff 或它调用的某个函数是否操纵m_isCancelled。因此，它将无法在这些调用中将其保存在寄存器或其他东西中。

【讨论】：

您的第二段不是假定doStuff() 不可内联吗？ [我很欣赏上面的评论说“慢”，这可能意味着复杂且不可内联]。

这完全取决于doStuff 的作用。绝对有可能在从未见过变化的真实平台上编写代码。

doStuff() 实际上是对成员变量的方法调用，它执行 http 请求。它将一堆成员变量传递给调用，但不是 m_isCanceled。

@Bwmat：那么它几乎肯定会“发生作用”。其他线程可以做的任何事情，其中​​一个函数都可以做，除非实现可以内联整个事情，而实际上它不能。但是，谁知道下一代更智能的编译器（或需要更多线程同步的硬件）会做什么。如果您有原子类型，请使用它们。如果性能不重要，请使用互斥锁。如果做不到这一点，请使用volatile，但在已知volatile 足够的情况下使用它是一个依赖于平台的优化。

事实上，这是几乎在所有软件中都能看到的麻烦事。如果 doStuff() 发出一个 http 请求并等待响应，那么当调用 cancel() 时，直到 doStuff() 完成后才会发生取消。这完全违背了 cancel() 的全部目的。当网络中断并且 doStuff() 挂起直到超时期限到期时会发生什么？这个问题困扰着大多数软件！它破坏了可用性。