確定性一次性寫入 static 位置的線程安全？

Question

我正在檢查 x86-64 上的 CPUID 標志以獲取指令集擴展，並將結果緩存在 static 數組中。 執行此操作的 function 可以從多個不同線程中的任何一個調用，因此可能出現競爭條件 - 但這有關系嗎？ 任何線程都會產生相同的結果，所以我不關心寫入沖突，並且多次檢查相同的標志是不成問題的。 我的結論是這是安全的，但我錯過了什么嗎？

這是我正在做的精簡版：

enum class Arch : int
{
    SSE2,
    AVX,
    MAX
};

static bool CheckCPUID(Arch arch)
{
    // Check CPU features
}

static bool IsSupportedArch(Arch arch)
{
    enum class TriVal : int
    {
        Unknown,
        True,
        False
    };

    constexpr int arch_max = static_cast<int>(Arch::MAX);
    const int i_arch = static_cast<int>(arch);

    // Cache results in-memory:
    static TriVal cached_results[arch_max - 1] = { TriVal::Unknown, TriVal::Unknown };

    if (cached_results[i_arch] == TriVal::Unknown)
    {
        cached_results[i_arch] = CheckCPUID(arch) ? TriVal::True : TriVal::False;
    }

    return cached_results[i_arch] == TriVal::True;
}

Answer 1

所以我不在乎有沖突的寫入

對非原子對象的沖突寫入是數據競爭，數據競爭總是會導致未定義的行為。 編譯器可以基於此進行優化。

因此，您必須關心這一點。

您可以為static局部變量cached_results使用std::array<TriVal, arch_max - 1>並在其初始化程序中設置它。 static 局部變量的初始化保證是線程安全的並且只執行一次（假設 C++11 或更高版本）。

static bool IsSupportedArch(Arch arch)
{
    enum class TriVal : int
    {
        Unknown,
        True,
        False
    };

    constexpr int arch_max = static_cast<int>(Arch::MAX);
    const int i_arch = static_cast<int>(arch);

    // Cache results in-memory:
    static const auto cached_results = []{
        std::array<TriVal, arch_max-1> cached_results;
        
        // loop here to set the whole array

        return cached_results;
    }();

    return cached_results[i_arch] == TriVal::True;
}

或者，您可以標記變量thread_local ，但在這種情況下，每個線程都會調用一次 CPUID。

如果您真的關心 CPUID 只被調用幾次所需的次數，您可以將數組元素設置為std::atomic s：

static std::atomic<TriVal> cached_results[arch_max - 1]{};

在這種情況下，可以進行並發寫入，並且正如您所說，您不在乎哪一個最終成為價值。 不過，您可能希望用寬松的 memory 訂單操作替換加載和存儲，因為您不需要默認的seq_cst保證：

static bool IsSupportedArch(Arch arch)
{
    enum class TriVal : int
    {
        Unknown,
        True,
        False
    };

    constexpr int arch_max = static_cast<int>(Arch::MAX);
    const int i_arch = static_cast<int>(arch);

    // Cache results in-memory:
    static std::atomic<TriVal> cached_results[arch_max - 1]{};

    auto value = cached_results[i_arch].load(std::memory_order_relaxed);

    if (value == TriVal::Unknown)
    {
        // OK only if CheckCPUID is guaranteed to always
        // return the same value
        value = CheckCPUID(arch) ? TriVal::True : TriVal::False;
        cached_results[i_arch].store(value, std::memory_order_relaxed);
    }

    return value == TriVal::True;
}