C++中的原子指针和线程之间传递对象

Question

我的问题涉及std::atomic<T*>和该指针指向的数据。 如果在线程 1 我有

Object A;
std:atomic<Object*> ptr;
int bar = 2;
A.foo = 4;  //foo is an int;
ptr.store(*A);

如果在线程 2 中我观察到ptr指向A ，我可以保证ptr->foo是 4 而bar是 2 吗？

原子指针的默认内存模型（顺序一致）是否保证在原子存储之前发生的非原子（在本例中为A.foo ）上的分配将被其他线程看到，然后才能看到相同atomic.store的分配atomic.store两种情况？

如果有帮助或重要，我正在使用 x64（我只关心这个平台），gcc（支持原子的版本）。

Answer 1

答案是肯定的，也许不是

内存模型原理：

C++11 原子默认使用std::memory_order_seq_cst内存排序，这意味着操作是顺序一致的。

它的语义是所有操作的排序就好像所有这些操作都是按顺序执行的：

• C++ 标准第 29.3/3 节解释了这如何适用于原子：“所有 memory_order_seq_cst 操作上都应有一个总顺序 S，与所有受影响位置的“发生之前”顺序和修改顺序一致，这样加载的每个 memory_order_seq_cst 操作一个值要么根据此顺序 S 观察最后一次前面的修改，要么观察不是 memory_order_seq_cst 的操作的结果。 ”

• 1.10/5 节解释了这如何影响非原子：“库定义了许多原子操作（...），它们被特别标识​​为同步操作。这些操作在使一个线程中的赋值对另一个。 ”

你的问题的答案是肯定的！

非原子数据的风险

但是，您应该意识到，实际上，对于非原子值，一致性保证更为有限。

假设第一个执行场景：

(thread 1) A.foo = 10; 
(thread 1) A.foo = 4;     //stores an int
(thread 1) ptr.store(&A); //ptr is set AND synchronisation 
(thread 2) int i = *ptr;  //ptr value is safely accessed (still &A) AND synchronisation

这里， i是 4。因为ptr是原子的，线程 (2) 在读取指针时安全地获取值&A 。 内存排序确保所有在ptr之前进行的分配都可以被其他线程看到（“发生在”约束之前）。

但假设第二个执行场景：

(thread 1) A.foo = 4;     //stores an int
(thread 1) ptr.store(&A); //ptr is set AND synchronisation 
(thread 1) A.foo = 8;     // stores int but NO SYNCHRONISATION !! 
(thread 2) int i = *ptr;  //ptr value is safely accessed (still &A) AND synchronisation

这里的结果是未定义的。 它可能是 4，因为内存排序保证了其他线程可以看到ptr分配之前发生的事情。 但没有什么能阻止事后进行的分配也能被看到。 所以可能是8。

如果你有*ptr = 8; 而不是A.foo=8; 那么你就会再次确定： i会是 8 岁。

您可以通过实验验证这一点，例如：

void f1() {  // to be launched in a thread
    secret = 50; 
    ptr = &secret; 
    secret = 777; 
    this_thread::yield();
}
void f2() { // to be launched in a second thread
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2));
    int i = *ptr; 
    cout << "Value is " << i << endl;
}

结论

总而言之，您的问题的答案是肯定的，但前提是同步后非原子数据没有发生其他更改。 主要的风险是只有ptr是原子的。 但这不适用于指向的值。

需要注意的是，当您将原子指针重新分配给非原子指针时，尤其是指针会带来进一步的同步风险。

例子：

// Thread (1): 
std:atomic<Object*> ptr;
A.foo = 4;  //foo is an int;
ptr.store(*A);

// Thread (2): 
Object *x; 
x=ptr;      // ptr is atomic but x not !  
terrible_function(ptr);   // ptr is atomic, but the pointer argument for the function is not ! 

Answer 2

默认情况下，C++-11 原子操作具有获取/释放语义。

所以看到你的商店的线程也会看到在它之前执行的所有操作。

您可以在此处找到更多详细信息。