同步对象是不是可缓存？

Posted 2023-02-22

【中文标题】同步对象是不是可缓存？

【英文标题】：Are synchronization objects cacheable?同步对象是否可缓存？

【发布时间】：2011-07-07 03:42:12

【问题描述】：

我是多线程世界的新手，并开始涉足它。我发现线程需要同步。易失性不再是可靠的东西。我想知道同步对象是否可以被编译器缓存或在任何阶段缓存？

使用的平台/语言：c++、win32、Windows

在 c++ 中，volatile 关键字用于 CPU 无法缓存的对象。但是今天的编译器并没有严格遵循这一点。是否有其他方法可以使同步对象不可缓存（或其他优化不适用于这些对象）。

tl;dr：同步对象可以缓存吗？如果是，如何使其不可缓存？

【问题讨论】：

真的很难理解你在问什么：这个问题有点含糊不清。您对同步对象有什么顾虑：即您担心它会发生什么？

如果同步对象被缓存在多个 CPU 上并且没有更新到内存。会发生这种情况吗？

当然，同步对象可能会被缓存，但这对同步块的影响很小。只要对对象的实际引用没有改变（即你没有让它指向不同的对象），那么你就不用担心了。

如果一个 CPU 更新内存而另一个没有更新新值怎么办？它会发生吗？或者内存的变化也会更新 CPU 缓存？

只要你不改变你的对象指向的东西，你对那个对象做了什么并不重要。

【参考方案1】：

我不确定我是否遵循您的问题：编译器缓存几乎与多线程无关。编译器缓存唯一能做的就是通过缓存以前的编译来提高编译速度。

同步对象可以被“缓存”，因为它们是您决定用于同步的任意对象，但这对并发性影响不大。同步时唯一需要注意的是，当您有多个线程争用资源时，它们必须都在同一个对象上同步才能获得对资源的读/写访问权限。

根据您提到的易失性，我将进行一个大胆的猜测，并假设您担心同步对象可能会缓存在线程的本地缓存中，并且可能不会从一个线程对同步对象进行更改对另一个线程可见。然而，这是一个有缺陷的想法：

当您调用 lock() 或 synchronize()（取决于语言）时，您只需要关心锁定是在同一个对象上执行的，而不管对象的内部状态如何。 在对象上获得锁后，您在该锁范围内修改的任何资源都将仅由一个线程修改。

通常，您应该使用不会改变的同步对象（理想情况下是只读的、常量或最终的），我们在这里只讨论引用，而不是对象本身的内容。这是一个例子：

对象同步 = 新对象（）； 字符串某事=“你好”：

void ModifySomething() sync = new object();//

现在请注意，每次线程调用ModifySomething，同步对象都会被一个新对象替换，并且线程永远不会在同一个对象上同步，因此可能会有并发写入something。

【讨论】：

如果有多个 CPU，缓存可能是敌人。有没有办法让它不可缓存（在 c++ 中 volatile 似乎有编译器依赖的限制）

【参考方案2】：

如果不指定运行时环境，这个问题就没有多大意义。

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在 Java 的例子中，同步对象（用于同步的对象）就像任何其他对象一样。 对象是同步的目标，所以volatile（适用于成员变量）只有在变量包含同步对象时才需要可以换。我会避免需要这种结构的程序设计。

请记住（同样，在 Java 中），正是表达式的求值——通常是变量访问——导致要使用的同步对象。本次评估在这方面与其他评估没有什么不同。

然而，归根结底，它只是以定义明确且行为良好的方式使用特定运行时/环境的同步工具。

编码愉快。

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例如，Java 保证 synchronized(x) foo （其中 x 是一个特定对象）将创建一个互斥的临界区，在该临界区中执行 foo。为此，它必须进行内部工作以确保簿记数据在所有处理器/缓存中正确刷新。但是，就使用同步构造而言，这些细节通常超出了运行时的范围。

【讨论】：

@Hem 更新原始问题。另外，pthreads使用什么形式的同步？其他？请明确点。归根结底，唯一的后果是库的保证语义......（也可能需要考虑强/弱内存模型）。

【参考方案3】：

同步对象必须由操作系统管理，操作系统也管理线程和缓存。因此，处理缓存是操作系统的责任。如果它以某种方式知道同步对象仅在单个 CPU 上使用（例如，因为它没有为您的进程分配第二个 CPU），操作系统很可能决定将同步对象保留在第一个 CPU 的缓存中。如果它需要在 CPU 之间共享，那么也会发生这种情况。

一个实际的结果是您将始终初始化同步对象。在 C++ 中，这是很自然的（构造函数负责处理），但在其他语言中，您必须明确地这样做。操作系统必须跟踪同步对象。