我对竞争条件和同时写作有疑问。
我有一个类可以从不同的线程访问对象。我想只根据需要计算一些值并缓存结果。出于性能原因，我宁愿不使用锁（在任何人问之前 - 是的，它在我的情况下是相关的）。
这构成了竞争条件。但是，对象是const，不会更改。因此，如果不同的线程计算要缓存的值，它们在我的用例中保证是相同的。在没有锁定的情况下编写这些值是否安全？或者，从更广泛的角度来说，在不锁定的情况下从不同的线程向内存写入相同的内容是否安全？
写入的值是bool和double类型，所讨论的体系结构可能是x86和ARM。
编辑：向所有人表达他们的意见。我终于决定找到一种不涉及缓存的方法。这种方法看起来很像“黑客”，并且使用标志变量存在问题。
答案 0 :(得分：4)
正如你所说，这是一种竞争条件。在C ++ 11下，它在技术上是数据竞争和未定义的行为。值是否相同并不重要。
如果您的编译器支持它（例如最近的gcc，或gcc或带有Just::Thread库的MSVC），那么您可以使用std::atomic<some_pod_struct>为您的数据提供原子包装（假设是一个POD结构 - 如果不是那么你有更大的问题）。如果它足够小，那么编译器将使其无锁，并使用适当的原子操作。对于较大的结构，库将使用锁。
在没有原子操作或锁定的情况下执行此操作的问题是可见性。虽然x86或ARM上的处理器级别没有问题，但是从多个线程/处理器到同一个内存写入相同的数据（假设它确实是逐字节相同的），假设这是一个缓存，我希望你会想要阅读这些数据，而不是重新计算它，如果它已经被写入。因此，您需要某种标志来表示完成情况。除非您使用原子操作，锁定或合适的内存屏障指令，否则“就绪”标志可能会在数据之前对其他处理器可见。这将使事情变得非常糟糕，因为第二个处理器现在读取的是一组不完整的数据。
您可以使用非原子操作编写数据，然后使用原子数据类型作为标志。在C ++ 11下，这将生成合适的内存屏障和同步，以确保数据对于看到标志集的任何线程都是可见的。两个线程写入数据仍然是未定义的行为，但实际上可能没问题。
或者，将数据存储在由执行计算的每个线程分配的堆内存块中，并使用比较和交换操作来设置原子指针变量。如果比较和交换失败，那么另一个线程首先到达那里，所以释放数据。
答案 1 :(得分：1)
最终答案可能取决于您的数据结构。
在“非可移植”领域，您可能需要查看compare and swap，大多数处理器都允许您在指针大小的实体上执行此操作。要访问它，您可以使用内联汇编（在x86上，这些是lock cmpxchg指令），或者可能使用GCC同步扩展。在看到未初始化的值时，每个线程都可能急切地初始化，并发出比较和交换以尝试设置值。如果比较和交换失败，则意味着另一个线程击败了你。
最终，使用该操作通常最终会相当于实现自旋锁，但您可能希望避免使用...
答案 2 :(得分：1)
如果值相同，则无需防止对来自不同线程的POD变量的写入。但是，如果你有指针，你肯定应该进行互锁交换。
更新：为了澄清，对于您的情况，缓存和优化不会产生任何不利影响，因为您在所有线程上写入完全相同的值。出于同样的原因，您不需要创建变量volatile。唯一可能存在问题的是，如果您的变量未与机器的字大小对齐。有关详细信息，请参阅https://stackoverflow.com/a/54242/677131。默认情况下，变量会自动对齐，但您可以显式更改对齐。
有一种替代方法可以完全避免这个问题。由于变量具有相同的值，因此要么在并发执行开始之前预先计算它们，要么让每个线程都有自己的副本。后者具有在NUMA机器上提供更好性能的优势。
答案 3 :(得分：1)
我必须先说，使用锁定通常是正确的方法，但......
即使数据大于处理器字大小，从多个线程写入相同的变量也不会是不安全的。没有过渡状态，其中变量可能被破坏，因为至少有一个线程将完成写入值。其他线程不会通过拧过相同的值来改变它。
因此，如果有保证无论什么线程计算结果总是相同，那么多线程就没有危险。在进行计算之前，只需检查一个标志（“已计算？”）。多个线程将输入值计算代码，但一旦完成，当然没有其他线程会再这样做。显然，做n次同样的事情是浪费时间。这里的问题是，是否会使用锁定保存您的任何时间或相反？只有性能测试可以给你答案。除非有其他原因不使用锁。