竞赛条件和解锁写入

正如您所说，这是一个竞赛条件。在C++11下，从技术上讲，它是一个数据竞赛，并且是未定义的行为。值相同并不重要。

如果您的编译器支持它（例如，最近的gcc，或者带有我的Just:：Thread库的gcc或MSVC），那么您可以使用std::atomic<some_pod_struct>为数据提供原子包装（假设它是POD结构——如果不是，那么您会遇到更大的问题）。如果它足够小，那么编译器将使其无锁，并使用适当的原子操作。对于较大的结构，库将使用锁。

在没有原子操作或锁的情况下执行此操作的问题是可见性。虽然在x86或ARM的处理器级别，从多个线程/处理器向同一内存写入相同的数据（假设它确实是逐字节相同的）没有问题，但考虑到这是一个缓存，如果已经写入，我希望您希望读取此数据，而不是重新计算。因此，您需要某种标志来表示完成。除非您使用原子操作、锁或适当的内存屏障指令，否则"就绪"标志可能会在数据出现之前对另一个处理器可见。这会把事情搞砸，因为第二个处理器现在读取的是一组不完整的数据。

您可以使用非原子操作写入数据，然后为标志使用原子数据类型。在C++11下，这将生成合适的内存屏障和同步，以确保任何看到标志集的线程都可以看到数据。两个线程写入数据仍然是未定义的行为，但在实践中可能还可以。

或者，将数据存储在由执行计算的每个线程分配的堆内存块中，并使用比较和交换操作来设置原子指针变量。如果比较和交换失败，那么另一个线程会先到达那里，所以释放数据。

最终答案可能取决于您的数据结构。

在"不可移植"领域中，您可能希望研究比较和交换，大多数处理器都允许您在指针大小的实体上进行比较和交换。为了访问它，您可以使用内联汇编（在x86上，这些是lock cmpxchg指令），或者GCC同步扩展。当看到一个未初始化的值时，每个线程都可以急切地初始化，并发出一个比较和交换来尝试设置一个值。如果比较和交换失败，这意味着另一个线程已经击败了你

不过，最终使用该操作通常相当于实现了一个自旋锁，您可能希望避免这种情况。。。

我必须首先说，使用锁定通常是正确的方法，但。。。

即使数据大于处理器的字大小，从多个线程写入同一个变量也不会是不安全的。不存在变量可能损坏的过渡状态，因为至少有一个线程将完成值的写入。其他线程不会通过拧拧相同的值来改变它。

因此，如果可以保证无论哪个线程，计算结果都是相同的，那么多个线程这样做就没有危险。在进行计算之前，只需检查一个标志（"是否已计算？"）。多个线程将进入值计算代码，但一旦完成，当然没有其他线程会再这样做了。显然，做同样的事情n次是浪费时间。这里的问题是，使用锁会节省你的时间吗？还是相反？只有性能测试才能给你答案。除非有其他原因不使用锁。

如果值相同，则不需要保护不同线程对POD变量的写入。不过，如果涉及到指针，那么您肯定应该进行互锁交换。

更新：为了澄清，对于您的情况，缓存和优化不会有任何不利影响，因为您在所有线程上都编写了完全相同的值。出于同样的原因，您不需要使变量volatile。唯一可能成为问题的是，如果您的变量与机器的单词大小不一致。看见https://stackoverflow.com/a/54242/677131了解更多详细信息。默认情况下，变量会自动对齐，但您可以显式更改对齐方式。

有一种替代方法可以完全避免这个问题。由于变量将具有相同的值，所以要么在并发执行开始前预先计算它们，要么让每个线程都有自己的副本。后者的优点是在NUMA机器上提供更好的性能。