Question

我正在使用全局变量实现线程间通信。

//global var
volatile bool is_true = true;

//thread 1
void thread_1()
{
    while(1){
        int rint = rand() % 10;
        if(is_true) {
            cout << "thread_1: "<< rint <<endl;  //thread_1 prints some stuff
            if(rint == 3)
                is_true = false;  //here, tells thread_2 to start printing stuff
        }
    }
}

//thread 2
void thread_2()
{
    while(1){
        int rint = rand() % 10;
        if(! is_true) {  //if is_true == false
            cout << "thread_1: "<< rint <<endl;  //thread_2 prints some stuff
            if(rint == 7)  //7
                is_true = true;  //here, tells thread_1 to start printing stuff
        }
    }
}

int main()
{
    HANDLE t1 = CreateThread(0,0, thread_1, 0,0,0);
    HANDLE t2 = CreateThread(0,0, thread_2, 0,0,0);
    Sleep(9999999);
    return 0;
}

问题

在上面的代码中，我使用全局var volatile bool is_true来切换thread_1和thread_2之间的打印。

我想知道在这里使用赋值操作是否是线程安全的？

Answer 1

此代码不保证在Win32上是线程安全的，因为Win32仅为正确对齐的4字节和指针大小的值保证原子性。 bool不保证是其中一种类型。（通常为1字节类型。）

对于那些需要一个如何失败的实际例子的人：

假设bool是1字节类型。还假设您的is_true变量恰好存储在另一个bool变量旁边（让我们称之为other_bool），这样它们就会共享相同的4字节行。具体来说，假设is_true位于地址0x1000，other_bool位于地址0x1001。假设两个值最初都是false，并且一个线程决定在另一个线程尝试更新is_true的同时更新other_bool。可能会发生以下操作序列：

线程1通过加载包含is_true和true的4字节值，准备将is_true设置为other_bool。线程1读取0x00000000。
线程2通过加载包含other_bool和true的4字节值，准备将is_true设置为other_bool。线程2读取0x00000000。
线程1更新与is_true对应的4字节值中的字节，产生0x00000001。
线程2更新与other_bool对应的4字节值中的字节，产生0x00000100。
线程1将更新后的值存储到内存中。 is_true现在是true，other_bool现在是false。
线程2将更新后的值存储到内存中。 is_true现在是false，other_bool现在是true。

观察到此序列结束时，is_true的更新已丢失，因为它被线程2覆盖，线程2捕获旧值is_true。

碰巧x86非常容忍这种类型的错误，因为它支持字节粒度更新并且具有非常紧凑的内存模型。其他Win32处理器并不宽容。例如，RISC芯片通常不支持字节粒度更新，即使它们存在，它们通常也具有非常弱的内存模型。

Answer 2

不，它不是.....你需要使用某种类型的锁定原语。根据平台的不同，您可以使用升级版本，也可以使用本机窗口，例如InterlockedCompareExchange。

事实上，在你的情况下，你可能会使用一些线程安全事件机制，这样你就可以“发出信号”你的其他线程开始做你想做的事。

Answer 3

在所有现代处理器上，您可以假设自然对齐的本机类型的读取和写入是原子的。只要存储器总线至少与读取或写入的类型一样宽，CPU就会在单个总线事务中读取和写入这些类型，这使得其他线程无法在半完成状态下看到它们。在x86和x64上，不能保证读取和写入大于比八个字节都是原子的。这意味着流式SIMD扩展（SSE）寄存器和字符串操作的16字节读写可能不是原子的。

读取和写入非自然对齐的类型 - 例如，编写跨越四字节边界的DWORD - 不保证是原子的。 CPU可能必须作为多个总线事务执行这些读取和写入操作，这可能允许另一个线程在读取或写入过程中修改或查看数据。

Answer 4

这段代码的线程安全性不依赖于赋值的原子性。两个线程例程都严格依次工作。没有竞争条件：thread_1将输出内容，直到获得某个随机数，之后它将离开“输出部分”并让其他线程在其中工作。但有几点值得注意：

rand（）函数可能不是线程安全的（虽然这里给出的代码中没有问题）
你不应该使用Win32函数CreateThread（），特别是当你使用CRT libraly函数时（可能）利用全局变量。请改用_beginthreadex（）。

赋值运算符'='原子？

4 个答案: