如何确保比较结果在多线程中仍然成立？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何确保比较结果在多线程中仍然成立？

【英文标题】：How to ensure the comparison result still hold in multi-threading?

【发布时间】：2022-01-18 12:13:17

【问题描述】：

假设有3个线程，

线程 1 和 2 将自动增加或减少全局变量 X。

线程 1：

atomic_increase(X)

线程 2：

atomic_decrease(X)

线程 3 将检查 X 是否大于某个预定义的值并相应地执行操作。

线程 3：

if( X > 5 ) ... logic 1 ...
else ... logic 2 ....

我认为atomic_xxx 操作还不够。它们只能在线程 1 和 2 之间同步修改。

如果X被线程1或2更改在线程3完成比较后进入logic 1。

修改或读取X时是否必须使用互斥锁来同步所有3个线程？

添加 1

顺便说一句，逻辑 1 和逻辑 2 不会修改 X。

【参考方案1】：

简而言之，读取也需要以某种方式同步，否则读取不一致的风险是真实存在的。在atomic_increase 的读取和写入之间执行的读取将不一致。

但是，如果logic 1 或logic 2 对X 做事，您的问题似乎并没有就此停止。我认为您需要事务的概念，它以读取（X > 5 事物）开始，然后以写入（logic 1 或 logic 2）结束。

【讨论】：

谢谢。顺便说一句，逻辑 1 和逻辑 2 不会修改 X。

【参考方案2】：

是的，答案是happens before 链接，假设Thread-1 开始执行atomic_increase 方法。它将持有lock 并进入synchronized 块以更新X。

private void atomic_increase() 
    synchronized (lock) 
        X = X + 1;  // <-- Thread-1 entered synchronized block, yet to update variable X
    

现在，Thread-3 要运行逻辑，它需要读取变量 X，如果是 not synchronized（在同一监视器上），则变量 X 读取可以是旧值，因为Thread-1 可能还没有更新。

private void runLogic() 
    if (X > 5)  // <-- Reading X here, can be inconsistent no 
                   happens-before between atomic_increase and runLogic
     else 

    

我们可以通过在atomic 操作和run_logic 方法之间维护happens-before 链接来防止这种情况发生。如果runLogic 是synchronized（在同一监视器上），那么它必须等到变量X 被Thread-1 更新。所以我们保证得到X的最后更新值

private void runLogic() 
    synchronized (lock) 
        if (X > 5)  // <-- Reading X here, will be consistent, since there 
                       is happens-before between atomic_increase and runLogic 
         else 

        
    

【参考方案3】：

答案取决于您的应用程序做什么。如果逻辑 1 和逻辑 2 都没有修改 X，则很有可能不需要额外的同步（除了使用 atomic_load 读取 X）。

我假设您将内在函数用于原子操作，而不仅仅是互斥体（或 Java 中的同步块）中的增量。例如。在 Java 中，有一个 AtomicInteger 类，其中包含“incrementAndGet”和“get”等方法。如果你使用它们，可能不需要额外的同步，但这取决于你真正想用逻辑 1 或逻辑 2 实现什么。

如果你想，例如当X > 5时显示一条消息，然后你就可以做到了。到消息显示时，X 的值可能已经改变，但事实仍然是，消息是由 X 至少在一段时间内大于 5 触发的。

换句话说，如果没有额外的同步，您只能保证如果X 大于 5 将调用逻辑 1，但不能保证在执行逻辑 1 期间它会保持这种状态。可能是对你好不好。

【讨论】：

所以要看逻辑1是什么。

@smwikipedia 这也取决于逻辑 2 是什么。当X <= 5 时没有额外的同步逻辑2 将被调用，但在逻辑2 执行期间X 可能会并行增加，例如，6 或更多。如果逻辑 2 没问题，那就没问题了。