我必须对<bool>布尔变量使用原子"exit"吗？

Question

我需要设置另一个线程退出的标志。另一个线程不时地检查退出标志。我是否必须使用atomic作为标志，或者仅仅使用普通bool就足够了，为什么(用一个示例说明如果我使用普通bool可能会出现什么问题)?

#include <future>
bool exit = false;
void thread_fn()
{
    while(!exit)
    {
        //do stuff
        if(exit) break;
        //do stuff
    }
}
int main()
{
    auto f = std::async(std::launch::async, thread_fn);
    //do stuff
    exit = true;
    f.get();
}

Answer 1

我必须使用原子"退出"bool变量吗?

对。

要么使用atomic<bool>，要么通过(例如)std::mutex使用手动同步。您的程序当前包含数据争用，一个线程可能正在读取一个变量，而另一个线程正在写入它。这是未定义行为。

c++ 11标准第1.10/21段:

如果一个程序在不同的线程中包含两个冲突的操作，则该程序的执行包含数据争用。至少其中一种不是原子的，两者都不先于另一种发生。任何这样的数据竞争都会导致未定义的行为。

冲突的定义见第1.10/4段:

两个表达式求值如果其中一个修改了内存位置(1.7)而另一个修改了，则冲突访问或修改相同的内存位置。

Answer 2

是的，你的必须有一些同步。如你所说，最简单的方法是使用atomic<bool>。

形式上，正如@AndyProwl所说，语言定义说这里不使用原子会产生未定义的行为。这是有充分理由的。

首先，对变量的读写可以在中途被线程切换中断;另一个线程可能会看到一个部分写入的值，或者如果它修改了这个值，原始线程将看到一个混合的值。其次，当两个线程在不同的内核上运行时，它们有单独的缓存;写入值将其存储在缓存中，但不会更新其他缓存，因此线程可能看不到另一个线程写入的值。第三，编译器可以根据它所看到的重新组织代码;在示例代码中，如果循环内没有改变exit的值，编译器没有任何理由怀疑该值会改变;它可以把循环变成while(1)。

原子解决了这三个问题

Answer 3

实际上，在这个特定的示例中，使用纯bool没有任何问题。唯一需要注意的是将bool退出变量声明为volatile以将其保存在内存中。CISC和RISC体系结构都将bool读/写严格地实现为原子处理器指令。此外，现代多核处理器具有先进的智能缓存实现。所以，任何内存屏障都是不必要的。标准引用不适合这种特殊情况，因为它只处理一个写入和一个线程的读取。