多线程安全之--volatile关键字

前言

看《程序员的自我修养》这本书时,看到了有关线程安全的两种情况:

  • 例子1
    x = 0;
    Thread1
    lock();
    x++;
    unlock();

    Thread2
    lock();
    x++;
    unlock();

由于有了lock()与unloc()的保护,x++的行为不会被并发所破坏,那么x的值必然是2了,然而,如果编译器为了提高x的访问速度,把x的值放到了某个寄存器里,而不同的线程寄存器是独立的,因此如果Thread1先获得线程,那么可能产生如下情况:
1、[Thread1]读取x的值到某个寄存器R[1](R[1]=0)
2、[Thread1] R[1]++(由于之后可能还要继续访问x,所以Thread1暂时没有将R[1]写回x)
3、[Thread2]读取x的值到某个寄存器R[2](R[2]= 0)
4、[Thread2] R[2]++(R[2]=1)
5、[Thread2]将R[2]写回至x(x=1)
6、[Thread1](一段时间后)将R[1]写回至x(x=1)
可见就算是给线程正确加锁也不一定能保证线程安全。


  • 例子2
    x = y = 0
    Thread1
    x = 1;
    r1 = y;
    ‘’
    Thread2
    y = 1;
    r2 = x;

很显然r1和r2至少有一个为1,逻辑上不可能全为0,然而事实上 r1=r2=0 的情况确实有可能发生。原因是编译器在优化时,可能为了效率而交换毫不相关的两条相邻指令(如 x=1 和 r1=y )的执行顺序。也就是说,以上代码的执行可能是这样的:
Thread1
r1 = y;
x = 1;

Thread2
r2 = x;
y = 1;
可能执行完Thread1的第一条语句,就由线程Thread2获得执行权,那么 r1 = r2 = 0 就产生了。

volatile 关键字

c++ 的volatile关键字可以试图阻止过度优化,它基本可以做到两件事:

  1. 阻止编译器为了提高速度将一个变量缓存到寄存器内而不写回

  2. 阻止编译器调整操作volatile变量的指令顺序

可见volatile关键字能完美的解决上面第一个例子描述的问题,但不一定能解决第二个例子的问题,因为即使volatile能够阻止编译器调换顺序,也无法阻止cpu动态调度换序。

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