C++11多线程锁和原子原语

Question

(导致两个问题的问题)

在C++11中，锁是原子的，其中一个绝对可以确保两个线程不能同时获得锁？

如果以上答案是“是”，那么双重检查锁定的目的是什么？

最后，为什么我们需要std:: lock ()，因为我们可以只使用原子原语(很明显，我们知道它是原子)，并根据是否获得锁而将其设置为1或0？

Answer 1

双重检查锁定背后的混淆思想是：而不是在检查条件时获得一个锁，并且只在不太可能的情况下获得锁。然而，要使这个工作正常进行，仍然需要相当多的同步，这是相当容易出错的。由于双重检查锁定的主要用途是初始化单个对象(这本身并不理想)和线程间共享的常量对象，因此C++11实际上实现了函数本地static对象的线程安全初始化。这应该消除大多数情况下，人们试图获得双重检查锁定的权利。

除此之外，互斥锁的要点是最多一个线程可以获得互斥锁，即保证没有两个线程可以获得相同的锁。关于使用原子变量来表示类似锁的内容，您需要注意，锁定/解锁互斥锁会增加额外的同步，而不是通过更改原子值来完成的:仅仅知道只有一个线程正在修改共享状态是不够的，还需要向系统发出信号。此外，当无法获得锁时，普通锁可能挂起线程执行(虽然我不认为实现是必需的，也就是说，我认为它可以使用自旋锁进行繁忙的等待)。

Answer 2

锁是100%的原子，除非你试图做一些聪明的事情，比如在别人获得锁的时候摧毁一个锁。

锁定需要时间。如果您只需要检查锁的一小部分时间，二次检查锁定可以让您避免锁定成本，只有当您不能证明跳过锁是安全的锁。

您不能简单地用原子原语替换锁，因为您可以等待锁。如果您等待一个锁，操作系统将停止运行该线程，并将其CPU资源用于其他地方。如果你坐在原子基元上循环，你会让CPU忙，而不做有用的事情。

话虽如此，有一个锁结构的方式，称为自旋锁，这是非常快，如果你可以预期它只锁定几个周期。

此外，不能将condition_variables与原子变量一起使用，您需要真正的锁

Answer 3

是的，C++11锁是原子的:一次只能有一个线程在单个std::mutex上拥有一个锁。这就是互斥的全部意义:提供互斥。

双重检查锁定的目的是避免在不需要锁时获取锁的开销:特别是对于，当多线程并发运行同一位代码时避免、互斥和随后的序列化，并且不再需要互斥。

这通常用于某种形式的一次性初始化，并且仍然需要同步.这种同步可以用atomics来完成，但是很难做到。在我写的博客文章(使用Atomics的延迟初始化和双重检查锁定)中，我确实提到了如何做到这一点，但通常情况下，您最好只使用本地static对象或std::call_once。

在某些情况下，可以用原子标志替换Mutexe，但是很难实现同步:通常，标记只是表示可以访问其他数据，您需要确保这些数据是正确同步的。除非分析表明互斥是瓶颈，否则最好坚持互斥，而不是尝试与atomics同步。

最后，std::lock()的主要目的是在没有死锁的情况下一次锁定多个互斥体。通常你必须一次锁一个互斥锁。但是，如果线程1锁定互斥锁A，则互斥锁B，而线程2锁定互斥锁B，那么互斥锁A就会导致死锁。std::lock()通过等待线程获得两个互斥变量而避免了这一点，而不阻止其他线程同时锁定它们。