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C++ 成员在非原子时更新关键部分内的可见性

coder 2024-02-10 原文

我偶然发现了 the following Code Review StackExchange并决定阅读它作为练习。在代码中，有以下内容:

注意:我不是在寻找代码审查，这只是链接中代码的复制粘贴，因此您可以专注于手头的问题，而无需其他代码干扰。我对实现“智能指针”不感兴趣，只是了解内存模型:

// Copied from the link provided (all inside a class)

unsigned int count;
mutex m_Mutx;

void deref()
{
    m_Mutx.lock();
    count--;
    m_Mutx.unlock();
    if (count == 0)
    {
        delete rawObj;
        count = 0;
    }
}

看到这个让我立即想到“如果两个线程在 count == 1 时进入并且都看不到彼此的更新怎么办？最终都可以将 count 视为零和双重删除？两个线程是否有可能导致 count 变为 -1，然后删除永远不会发生？

互斥量将确保一个线程进入临界区，但这是否保证所有线程都将被正确更新？ C++ 内存模型告诉我什么，所以我可以判断这是否是竞争条件？

我查看了 Memory model cppreference page和 std::memory_order cppreference ，但是后一页似乎处理原子参数。我没有找到我要找的答案，或者我看错了。谁能告诉我我说的是错还是对，这段代码是否安全？

如果代码损坏，请更正代码:

将计数转换为原子成员的正确答案是这个吗？或者这是否有效，并且在释放互斥体上的锁后，所有线程都看到了该值？

我也很好奇这是否会被视为正确答案:

注意:我不是在寻找代码审查，也不是想看看这种解决方案是否能解决与 C++ 内存模型相关的问题。

#include <atomic>
#include <mutex>

struct ClassNameHere {
    int* rawObj;
    std::atomic<unsigned int> count;
    std::mutex mutex;

    // ...

    void deref()
    {
        std::scoped_lock lock{mutex};
        count--;
        if (count == 0)
            delete rawObj;
    }
};

最佳答案

“如果两个线程在计数 == 1 时进入怎么办”——如果发生这种情况，则其他事情很可疑。智能指针背后的想法是引用计数绑定(bind)到对象的生命周期(范围)。递减发生在对象(通过堆栈展开)被销毁时。如果两个线程触发它，除非存在另一个错误，否则引用计数不可能仅为 1。

但是，当 count = 2 时，可能会发生两个线程输入此代码的情况。在那种情况下，递减操作被互斥锁锁定，因此它永远不会达到负值。同样，这假设其他地方没有错误代码。由于所有这一切只是删除对象(然后冗余地将计数设置为零)，所以不会发生任何不好的事情。

虽然可能会发生双重删除。如果 count = 2 处的两个线程递减计数，之后它们都可以看到 count = 0。只需确定是否删除互斥量内的对象作为简单修复即可。将该信息存储在局部变量中，并在释放互斥锁后进行相应处理。

关于您的第三个问题，将计数转换为原子并不能神奇地解决问题。此外，原子背后的要点是您不需要需要互斥量，因为锁定互斥量是一项昂贵的操作。使用原子，您可以结合递减和检查零等操作，这类似于上面提出的修复。原子通常比“普通”整数慢。不过它们仍然比互斥体快。

关于C++ 成员在非原子时更新关键部分内的可见性，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/54173168/

分内amp互斥codecountc++multithreadingatomic

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