如果在 2 个线程中使用，是否值得将size_t声明为 std::atomic?

Question

我有一个size_t变量，它由std::thread更新并由另一个std::thread读取。

我知道我可以互斥保护读写。 但是，如果我将size_tstd::atomic<size_t>，它会是一样的还是有益的？

Answer 1

是的，这是值得的。事实上，如果多个线程使用相同的变量并且至少有一个线程正在写入该变量，则必须使用std::atomic或同步对非原子的访问。 不遵循此规则是数据争用未定义的行为。

根据您对std::size_t的使用，编译器可以假定非原子变量和其他非同步变量不会从其他线程更改，并相应地优化代码。这可能会导致坏事™发生。

我通常的例子是使用非原子布尔值的循环：

// make keepRunning an std::atomic<bool> to avoid endless loop
bool keepRunning {true};
unsigned number = 0;
void stop()
{
keepRunning = false;
}
void loop()
{
while(keepRunning) {
number += 1;
}
}

在启用优化的情况下编译此代码时，GCC 和 Clang 都只会检查一次keepRunning，然后开始无限循环。 有关生成的汇编程序输出，请参见 https://godbolt.org/z/GYMiLE。

也就是说，他们将其优化为if (keepRunning) infinite_loop;，将负载吊出环路。 因为它是非原子的，所以他们被允许假设没有其他线程可以写入它。 有关同一问题的更详细信息，请参阅卡在优化模式下但在 -O0 中正常运行的多线程程序。

请注意，此示例仅在循环体足够简单时才显示错误。但是，未定义的行为仍然存在，应通过使用 std：：atomic 或同步来避免。

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在这种情况下，您可以将std::atomic<bool>与std::memory_order_relaxed一起使用，因为您不需要任何同步或排序 wrt。 写入或读取线程中的其他操作。 这将给你原子性(没有撕裂(和假设值可以异步更改，而不会使编译器使用任何asm屏障指令来创建更多的排序wrt。其他操作。

因此，在没有任何同步的情况下使用原子是可能的，而且是安全的，甚至不需要像seq_cst或获取/释放加载和存储那样在写入器和读取器之间创建同步。 您可以使用此同步安全地共享非原子变量或数组，例如，与指针非 NULL 时读取的atomic<int*> buffer共享。

但是，如果只共享原子变量本身，则可以让读者读取当前值，而不关心同步。 如果您不需要重新读取短循环的每次迭代，则可能需要将其读入本地临时，每个函数调用只需一次。