跨多个线程和 cpu 安全地修改和读取布尔值的选项都有哪些？

Posted 2023-02-16

【中文标题】跨多个线程和 cpu 安全地修改和读取布尔值的选项都有哪些？

【英文标题】：What are the options for safely modifying and reading a boolean across multiple threads and cpus?跨多个线程和 cpu 安全地修改和读取布尔值的选项有哪些？

【发布时间】：2021-11-10 19:57:24

【问题描述】：

我有一些 C++ 代码大致包含这个逻辑：

class wrapper_info 
public:
        bool isConnected();
        void connectedHandler();
        void disconnectedHandler();
protected:
        bool _connected;


void wrapper_info::connectedHandler() 
        _connected = true;


void wrapper_info::disconnectedHandler() 
        _connected = false;


bool wrapper_info::isConnected() 
        return _connected;


extern "C"
bool is_connected(void *obj) 
        wrapper_info *wrapper_obj = reinterpret_cast<wrapper_info*>(obj);
        return wrapper_obj->isConnected();

由于我无法控制的原因，不同的线程（在不同的 CPU 内核上运行）以下列方式调用这些函数。

线程 1、2、3：is_connected(obj)

线程 2：连接启动时connectedHandler()。

线程 3 disconnectedHandler() 连接断开时。

我认为如果重复调用connectedHandler() 和disconnectedHandler() 可能会出现问题，两个线程写入_connected 时出现问题并且写入出现故障，从而导致最终值错误。轮询_connected 也可能存在问题。

我的问题是：

单独的线程轮询和修改_connected 的值实际上会产生哪些潜在问题？ 有哪些选项可以防止这些情况发生？也许将_connected 设置为volatile bool 可能会解决轮询值的问题。我还在考虑线程 2 和 3 修改其值的问题，也许将其设为原子 bool 并使用原子集操作将足以防止诸如乱序内存操作之类的问题。我也知道其他潜在的解决方案是锁或内存屏障，如 smb_mb。但是，我不确定应该使用什么。

非常感谢。

【问题讨论】：

使其成为原子 bool 并使用原子集操作将足以防止诸如乱序内存操作之类的问题 是的，这样做。 volatile 不是线程同步技术。

使用 std::atomic，或者如果您需要做的不仅仅是设置一个布尔值，请使用 std::unique_lock 和 std::mutex。但你是对的，你必须做点什么

Is it ok to read a shared boolean flag without locking it when another thread may set it (at most once)?

仅供参考，没有 C/C++ 代码之类的东西。您的代码使用 class 关键字，因此它是 C++ 而不是 C 语言。我强烈建议不要混合这两种语言，这会使您的程序更复杂，增加更多缺陷并且更难维护。

【参考方案1】：

单独的线程轮询和修改 _connected 的值实际上会产生哪些潜在问题？

无论如何，这是未定义的行为。

有什么办法可以防止这些？

一个常见的解决方案是使用std::atomic<bool> 而不是bool。

有一些更奇特（也更复杂）的方法来确保线程之间的同步，但std::atomic 是一个很好的首选，而且正确使用也不难。

也许将_connected 设为volatile bool 可能会解决问题

不会的。 volatile does not solve thread synchronization issues.

【讨论】：

谢谢。我没有同步其他任何东西，只是避免未定义的行为并确保没有错误，所以我想将 _connected 声明为std::atomic<bool> _connected 就足以使用_connected.store(true/false, std::memory_order_relaxed) 和_connected.load(std::memory_order_relaxed)？我想我不需要其他内存订单，因为我不关心线程在修改 _connected 之前看到其他事情已经发生（没有其他事情发生）。这是正确的逻辑吗？如果有帮助，这将在 linux x86_64 上运行

为了详细说明以防我没有意义，我的理解是在线程1中的int val = 0; _connected.store(true, memory_order_release)和线程2中的_connected.load(memory_order_acquire); int x = val;这样的情况下使用其他内存顺序，例如memory_order_release和memory_order_acquire（确保 x 为 0）。但是，我没有任何其他依赖项，所以我认为我可以使用轻松。

@someoneserious 如果您有新问题，我推荐使用 [] 按钮。你的问题会比这里的 cmets 得到更多的关注。我认为这是一个很好的问题。

谢谢，我会这样做的