易失性变量而不是互斥保护变量来检查更改的数据

Question

我有一个线程，它基本上做到了：

int changed; //global variable
..

for (;;) {
   pthread_mutex_lock(&mtx);
   if (changed) {
       do_changes();
       changed = 0;
   }
   pthread_mutex_unlock(&mtx);

   do_stuff();

}

循环每秒运行几十万次，而全局changed变量很少(一天几次)由另一个线程设置。

通过更改为

volatile int changed; //global variable
..

for (;;) {

   if (changed) {
       pthread_mutex_lock(&mtx);
       do_changes();
       changed = 0;
       pthread_mutex_unlock(&mtx);
   }
   do_stuff();
}

使用这种方法，我可以测量到循环的性能提高了3-4%，这是值得追求的。

然而，不鼓励使用易失性变量。这里的方法有什么缺点吗？有没有可能导致2.版本不能按预期工作的情况？

Answer 1

volatile不会使您的变量线程安全或原子。为此，您可能会喜欢使用C11 atomics。

基本上，您有两个线程更改changed变量，从而覆盖先前的值，从而导致数据争用。

我再怎么推荐你看atomic Weapons: The C++ Memory Model and Modern Hardware也不为过。(它也适用于C语言)。

Answer 2

作者：但是，似乎非常不鼓励使用易失性变量。这里的方法有什么缺点吗？有没有可能导致2.版本不能正常工作的情况?

首先:每当你想要使用volatile .时，请三思，如果你现在不需要，看看会发生什么：

1)如果循环在多个线程中，这是不安全的。你可以考虑复制支票：

if (changed) { // quick check
   pthread_mutex_lock(&mtx);
   if (changed) { // another thread could do the work
       ...

2)如果您的代码对查看更改很关键，则需要使用原子，因为pthread_mutex_lock之前的if(changed)可能因为缓存而看不到它。

3)它可以在具有强内存排序和原子int访问的x86(_64)上工作，但在其他体系结构上失败。这就是为什么不鼓励使用volatile的原因，使用原子(并习惯于使用它)。volatile 不强制原子使用或任何其他同步。原子做(读-修改-写指令)。

std::atomic_flag validated;
std::mutex mx; struct MyData { ... } data;
void change() {
    lock_guard<mutex> lock(mx);
    data.something();
    validated.clear();
}
void validate() {
    if(!validated.test_and_set()) {
        lock_guard<mutex> lock(mx);
        data.update();
    }
}

注意：：除非您持有锁并为其使用另一个变量，否则您永远无法确定数据是否有效。

4)只需使用pthread_spinlock_t试用您的原始代码

5)小建议:除非你真的知道你在做什么，否则不要扮演同步的上帝。您可以从mutex切换到spinlock (由其他人编写)并进行一些基准测试。

关于编辑和评论的：最初的答案是从1)什么都没有开始。事实证明，有些人既没有阅读完整的问题，也没有阅读完整的答案。皮蒂，那些快速倒下的选民。这个网站不是facebook，这些投票应该是是有帮助的或是没有帮助的，这些向上/向下的投票在facebook上没有喜欢和不喜欢！我可能不同意其他答案的某些部分，但仍然认为它们是有帮助的，虽然不完整(没有回答完整的问题，但只是其中的一部分)或部分不一致(如果我们知道可以没有问题地将相同的值从多个线程写入变量，则没有什么不好的)。

Answer 3

如果您使用的是支持它们的C11环境，则可以使用atomic variables。如果你的系统支持它，他们使用特殊的指令来实现原子性，而不是锁。如果你的系统不支持这一点，他们使用锁(标志类型总是无锁的)。

如果您没有C11，但是有一个与GCC兼容的编译器，请参阅sync函数族。它与C11原子变量类似(但更老)，但是如果您的系统不支持它们，它们会生成一个函数调用。