Question

我正在考虑使用非常基本的有界（预分配）堆栈来以正确的LIFO顺序跟踪我的线程ID。所以我想知道我的实现是否是线程安全的：

// we use maximum 8 workers
size_t idle_ids_stack[8];
// position current write happening at
std::atomic_uint_fast8_t idle_pos(0);

// this function is called by each thread when it is about to sleep
void register_idle(size_t thread_id) 
{
    std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release);
    idle_ids_stack[idle_pos.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed)] = thread_id;
}

// this function can be called from anywhere at anytime
void wakeup_one() 
{
    uint_fast8_t old_pos(idle_pos.load(std::memory_order_relaxed));
    std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);
    size_t id;
    do
    {
        if(old_pos == 0) return; // no idle threads in stack; exit;
        id = idle_ids_stack[old_pos-1];
    }
    while (!idle_pos.compare_exchange_weak(old_pos, old_pos-1, std::memory_order_acquire, std::memory_order_relaxed));
    // wakeup single thread
    signal_thread(id);
}

Answer 1

我不是无锁编程方面的专家，但我非常确定您的代码不是线程安全的。

让我们先来看register_idle()：

这里可能发生的是Thread1递增idle_pos但在它存储其id之前，另一个线程调用wakeup_once并使用过时的id（在最坏的情况下甚至是无效的on，因为数组是尚未初始化）。此外，我还没有看到记忆围栏的原因。
在wakeup_one()中您遇到类似问题（称为ABA problem）：
- 根据idle_pos加载当前id。
- 另一个线程调用并完成wakeup_one（idle_pos减少）。
- 又一个线程调用register_idle，再次将idle_pos增加到与以前相同的值。
- 现在第一个线程恢复，认为idle_pos未更改并发出错误的线程

我可能错了，但我相信通常不可能基于数组创建完全无锁堆栈，因为你必须在一个原子操作中做两件事：修改索引变量并存储或加载数组中的值。

除了那些逻辑错误之外，我强烈建议不要使用独立的内存防护（它们使代码的可读性降低，甚至可能更昂贵）。此外，在确保程序与默认程序一致后，我才会开始手动指定内存顺序。

Lock Free Bounded Stack C ++ 11 atomics

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