Có thể đọc cờ boolean được chia sẻ mà không khóa nó khi một luồng khác có thể đặt nó (tối đa một lần) không?

Question

Tôi muốn chuỗi của mình tắt hơn một cách duyên dáng vì vậy tôi đang cố gắng triển khai một cơ chế báo hiệu đơn giản. Tôi không nghĩ rằng tôi muốn có một chủ đề hoàn toàn hướng sự kiện vì vậy tôi có một nhân viên với một phương pháp để ngăn chặn nó graceully sử dụng một phần quan trọng Monitor (tương đương với một C# lock Tôi tin):

DrawingThread.h

class DrawingThread { 
    bool stopRequested; 
    Runtime::Monitor CSMonitor; 
    CPInfo *pPInfo; 
    //More.. 
} 

DrawingThread.cpp

void DrawingThread::Run() { 
    if (!stopRequested) 
     //Time consuming call#1 
    if (!stopRequested) { 
     CSMonitor.Enter(); 
     pPInfo = new CPInfo(/**/); 
     //Not time consuming but pPInfo must either be null or constructed. 
     CSMonitor.Exit(); 
    } 
    if (!stopRequested) { 
     pPInfo->foobar(/**/);//Time consuming and can be signalled 
    } 
    if (!stopRequested) { 
     //One more optional but time consuming call. 
    } 
} 


void DrawingThread::RequestStop() { 
    CSMonitor.Enter(); 
    stopRequested = true; 
    if (pPInfo) pPInfo->RequestStop(); 
    CSMonitor.Exit(); 
} 

tôi hiểu (ít nhất là trong Windows) Monitor/lock s là đắt đồng bộ hóa thread nhất nguyên thủy nhưng tôi đang quan tâm để tránh lạm dụng. Tôi có nên gói từng đọc của cờ boolean này không? Nó được khởi tạo thành false và chỉ được đặt một lần thành true khi dừng được yêu cầu (nếu nó được yêu cầu trước khi tác vụ hoàn tất).

Gia sư của tôi khuyên bảo vệ thậm chí bool vì đọc/ghi có thể không phải là nguyên tử. Tôi nghĩ lá cờ này là ngoại lệ chứng tỏ quy tắc?

Answer 1

Không bao giờ có thể đọc được nội dung nào đó có thể được sửa đổi trong một chuỗi khác mà không đồng bộ hóa. Mức độ đồng bộ hóa là cần thiết phụ thuộc vào những gì bạn đang thực sự đọc. Đối với các loại nguyên thủy, bạn nên xem qua số lần đọc nguyên tử, ví dụ: ở dạng std::atomic<bool>.

Đồng bộ hóa lý do luôn cần thiết là các bộ xử lý sẽ có dữ liệu có thể được chia sẻ trong một dòng bộ nhớ cache. Không có lý do gì để cập nhật giá trị này thành giá trị có thể thay đổi trong một chuỗi khác nếu không có đồng bộ hóa. Tệ hơn nữa, tuy nhiên, nếu không có đồng bộ hóa nó có thể viết sai giá trị nếu một cái gì đó được lưu trữ gần với giá trị được thay đổi và đồng bộ hóa.

Answer 2

Phân công Boolean là nguyên tử. Đó không phải là vấn đề.

Vấn đề là một luồng có thể không thấy thay đổi đối với biến được thực hiện bởi một luồng khác nhau do trình biên dịch hoặc sắp xếp lại CPU hoặc bộ đệm dữ liệu (tức là luồng đọc cờ boolean có thể đọc giá trị được lưu vào bộ nhớ cache) của giá trị được cập nhật thực tế).

Giải pháp là hàng rào bộ nhớ, thực sự được thêm vào một cách rõ ràng bằng các báo cáo khóa, nhưng đối với một biến duy nhất, nó quá mức cần thiết. Chỉ cần khai báo nó volatile.

Answer 3

Không, bạn phải bảo vệ mọi quyền truy cập, vì trình biên dịch hiện đại và cpus sắp xếp lại mã mà không có nhiệm vụ đa luồng của bạn. Truy cập đọc từ các luồng khác nhau có thể hoạt động, nhưng không phải làm việc.

Answer 4

Câu trả lời, tôi tin là "nó phụ thuộc". Nếu bạn đang sử dụng C++ 03, luồng không được định nghĩa trong tiêu chuẩn, và bạn sẽ phải đọc những gì trình biên dịch và thư viện chủ đề của bạn nói, mặc dù loại điều này thường được gọi là "cuộc đua lành tính" and is usually OK.

Nếu bạn đang sử dụng C++ 11, các cuộc đua lành tính là hành vi không xác định. Ngay cả khi hành vi không xác định không có ý nghĩa đối với loại dữ liệu cơ bản. Vấn đề là các trình biên dịch có thể giả định rằng các chương trình không có hành vi không xác định, and make optimizations based on that (xem thêm Phần 1 và Phần 2 được liên kết từ đó). Ví dụ, trình biên dịch của bạn có thể quyết định đọc cờ một lần và cache giá trị bởi vì nó là hành vi không xác định để ghi vào biến trong một luồng khác mà không có một loại rào cản bộ nhớ hoặc mutex nào đó.

Tất nhiên, cũng có thể là trình biên dịch của bạn hứa hẹn sẽ không thực hiện tối ưu hóa đó. Bạn sẽ cần phải nhìn.

Giải pháp dễ nhất là sử dụng std::atomic<bool> trong C++ 11 hoặc một cái gì đó như Hans Boehm's atomic_ops ở nơi khác.