静态初始化不安全调用的线程安全

Posted 2023-02-22

【中文标题】静态初始化不安全调用的线程安全

【英文标题】：Thread safety of static initialized unsafe call

【发布时间】：2016-12-23 03:10:07

【问题描述】：

在图书馆的某个地方，我有一个看起来像的函数 -

inline int getIword()

    static int i = std::ios_base::xalloc();
    return i;

现在您可以阅读有关std::ios_base::xalloc() 调用here 的信息，但我想从提及的链接中强调这一行 -

这个函数是线程安全的；多个线程的并发访问不会导致数据竞争。 (C++14 起)

上面写着“自 C++14 起”，但我也需要 C++11 支持。由于函数调用实际上是在初始化 getIword() 方法的静态局部变量，并且我们知道 local static variable initialization is thread safe 用于 C++11 代码，因此假设此代码是安全的 -

如果仅对函数进行后续读取调用，则安全，例如。 auto something = getIword().

安全吗？如果代码如下所示：

...

operator<<(std::ostream &os, T const value)

    if (value == ...) 
        os.iword(getIword()) = 1;
     else if (value == ...) 
        os.iword(getIword()) = 0;
    
    return os;

...

如果在后面的示例中不安全，我应该将 lock_guards 放在哪里以使其对 C++11 安全？围绕return i 或整个方法或在哪里进行调用？

【问题讨论】：

检查您的 C++ 实现是否已经是线程安全的可能是值得的。 保证在 C++14 中是新的，但对于实际实现来说很常见，可以尽早提供这些细节。

@MSalters 关于线程安全静态初始化的保证可以追溯到 C++11。

@NathanOliver MSalters 可能在谈论该功能的保证。

【参考方案1】：

静态局部变量初始化是线程安全的，因为如果多个线程调用该函数，那么只有其中一个线程会实际初始化变量。它不保护你初始化的东西。这意味着在这种情况下，如果您有两个不同的线程，一个调用 getIword，另一个调用另一个恰好同时调用 std::ios_base::xalloc() 的函数，那么这两个调用将不会同步，您将拥有一个数据比赛反过来又是未定义的行为。

【参考方案2】：

在我的电脑上，我可以看到std::ios_base::xalloc() 的实现是：

    static int __CLRCALL_OR_CDECL xalloc()
       // allocate new iword/pword index
    _BEGIN_LOCK(_LOCK_STREAM)   // lock thread to ensure atomicity
        return (_Index++);
    _END_LOCK()
    

所以基本上它只是做一个增量值，没有线程安全保证你会在竞争条件下从std::ios_base::xalloc() 中得到一些重复值。

我会采取的解决方案是使用std::atomic 编写您自己的xalloc()。

int xalloc()

    static std::atomic_int i;
    return i++;

或者将std::ios_base::xalloc() 包装成一个带锁的新方法。