Question

假设我在类中有一个整数变量，并且该变量可能被其他线程同时修改。写入受互斥锁保护。我是否也需要保护读取？我听说有一些硬件架构，如果一个线程修改一个变量，另一个线程读取它，那么读取结果将是垃圾;在这种情况下，我需要保护读取。我从未见过这样的架构。

这个问题假设单个事务只包含更新单个整数变量，因此我并不担心可能也涉及事务的任何其他变量的状态。

Answer 1

原子阅读
如前所述，它依赖于平台。在x86上，该值必须在4字节边界上对齐。通常，对于大多数平台，读取必须在单个CPU指令中执行。

优化器缓存
优化器不知道您正在读取由不同线程修改的值。声明值volatile有助于：优化器将为每次访问发出内存读/写，而不是试图将值缓存在寄存器中。

CPU缓存
尽管如此，您可能会读到一个陈旧的值，因为在现代架构中，您有多个具有单独缓存的核心，而这些核心并未自动保持同步。您需要一个读取内存屏障，通常是特定于平台的指令。

在Wintel上，线程同步功能会自动添加完整的内存屏障，或者您可以使用InterlockedXxxx函数。

MSDN：Memory and Synchronization issues，MemoryBarrier宏

[编辑]也请看drhirsch的评论。

Answer 2

你问一个关于读变量的问题，然后你谈到更新变量，这意味着读 - 修改 - 写操作。

假设你真的是指前者，那么如果它是原子操作，则读取是安全的。对于几乎所有的体系结构，这对于整数来说都是正确的。

有一些（和罕见的）例外：

读取未对齐，例如访问奇数地址处的4字节int。通常你需要强制编译器使用特殊属性来做一些错位。

int的大小大于指令的自然大小，例如在8位架构上使用16位整数。

某些架构的人工有限的总线宽度。我只知道很老的和过时的，比如386sx或68008。

Answer 3

在这种情况下，我建议不要依赖任何编译器或架构 每当你有一群读者和作家（而不仅仅是读者或只是作家）时，你最好将它们全部同步。想象一下，你的代码运行的是一个人的心脏，你真的不希望它读错了值，你肯定不希望你所在城市的电厂变得“沸腾”，因为有人决定不使用那个互斥锁。从长远来看，让自己保持夜间睡眠，同步他们如果你只有一个线程读取 - 你只使用那个互斥锁是好的，但是如果你计划多个读者和多个编写者，你需要一个复杂的代码来同步它。我还没有看到一个很好的读/写锁实现，它也是“公平的”。

Answer 4

想象一下，您正在一个线程中读取变量，该线程在读取时被中断，并且该变量由写入线程更改。现在读取线程恢复后读取整数的值是多少？

除非读取变量是原子操作，在这种情况下只需要一条（汇编）指令，否则无法确保上述情况不会发生。（变量可以写入内存，检索值将需要多个指令）

共识是你应该单独封装/锁定所有写入，而读取可以与（仅）其他读取同时执行

Answer 5

假设我在类中有一个整数变量，并且该变量可能被其他线程同时修改。写入受互斥锁保护。我是否也需要保护读取？我听说有一些硬件架构，如果一个线程修改一个变量，另一个线程读取它，那么读取结果将是垃圾;在这种情况下，我需要保护读取。我从未见过这样的架构。

在一般情况下，这可能是每个架构。每个体系结构都存在与写入同时读取将导致垃圾的情况。但是，几乎每个架构都有这个规则的例外。

通常以字面方式读取和写入字大小的变量，因此在读取或时不需要同步。正确的值将作为单个操作原子写入，并且即使另一个线程正在写入，线程也会将当前值读取为单个原子操作。因此，对于整数，您在大多数架构上都是安全的。有些人会将这种保证扩展到其他几种尺寸，但这显然与硬件有关。

对于非字大小的变量，读取和写入通常都是非原子的，并且必须通过其他方式进行同步。

Answer 6

如果在写新内容时不使用此变量的主要值，则：

您可以在不使用互斥锁的情况下读取和写入整数变量。这是因为整数是32位架构中的基类型，并且每次修改/读取值都是通过一次操作完成的。

但是，如果你不喜欢增量：

myvar++;

然后你需要使用互斥锁，因为这个结构扩展到myvar = myvar + 1，在读取myvar和增量myvar之间，可以修改myvar。在这种情况下，你会得到不好的价值。

Answer 7

虽然在没有同步的情况下读取32位系统上的内容可能是安全的。我不会冒险。虽然多个并发读取不是问题，但我不喜欢写入与读取同时发生。

我建议将读取放在Critical Section中，然后在多个内核上对应用程序进行压力测试，看看是否会导致过多的争用。找到并发错误是我想避免的噩梦。如果将来有人决定将int更改为long long或double，那么会发生什么呢？所以他们可以保留更大的数字？

如果你有一个很好的线程库，如boost.thread或zthread，那么你应该有读/写锁。这些对于您的情况是理想的，因为它们允许多次读取，同时保护写入。

Answer 8

这可能发生在使用16位整数的8位系统上。

如果你想避免锁定，你可以在适当的情况下多次阅读，直到你得到两个相等的连续值。例如，我使用这种方法在32位嵌入式目标上读取64位时钟，其中时钟节拍被实现为中断例程。在这种情况下，读取三次就足够了，因为时钟只能在读取程序运行的短时间内打一次。

Answer 9

对具有并发性的变量进行读/写操作必须受关键部分（不是互斥锁）的保护。除非你想浪费一整天的时间进行调试。

我认为关键部分是特定于平台的。在Win32上，临界区非常有效：当没有发生互锁时，进入临界区几乎是免费的，不会影响整体性能。当发生互锁时，它比mutex更有效，因为它在挂起线程之前实现了一系列检查。

Answer 10

通常，每个机器指令在执行时都会通过几个硬件阶段。由于大多数当前的CPU是多核或超线程的，这意味着读取变量可能会启动它通过指令管道移动，但它不会阻止另一个CPU核心或超线程同时执行存储指令到同一个地址。两个同时执行的指令（读取和存储）可能是“交叉路径”，这意味着读取将在存储新值之前接收旧值。
要恢复：您确实需要使用互斥锁进行读写操作。

Answer 11

取决于您的平台。大多数现代平台为整数提供原子操作：Windows具有InterlockedIncrement，InterlockedDecrement，InterlockedCompareExchange等。这些操作通常由底层硬件（读取：CPU）支持，并且它们通常比使用关键部分或其他同步机制便宜。 / p>

请参阅MSDN：InterlockedCompareExchange

我相信Linux（和现代Unix变种）在pthreads包中支持类似的操作，但我并不认为自己是那里的专家。

Answer 12

如果变量用volatile关键字标记，则读/写变为原子，但就编译器的作用及其行为方式而言，这有许多其他含义，不应仅用于此目的。

在盲目开始使用它之前，请阅读volatile的内容：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/12a04hfd(VS.80).aspx

读取一个没有锁定同时修改的整数变量是否安全？

12 个答案: