史上最简单的Mutex.这个例子行得通吗?它是线程安全的吗

Simplest Mutex ever. Does this example work? Is it thread-safe?

本文关键字：安全 行得通 线程 最简单 Mutex      更新时间：2023-10-16

我想问一下有史以来最简单的多线程Mutex方法。以下代码是线程安全的吗（quick-n-dirty）？

class myclass
{
    bool locked;
    vector<double> vals;
    myclass();
    void add(double val);
};
void myclass::add(double val)
{
    if(!locked)
    {
        this->locked = 1;
        this->vals.push_back(val);
        this->locked = 0;
    }
    else
    {
        this->add(val);
    }
}
int main()
{
    myclass cls;
    //start parallelism
    cls.add(static_cast<double>(rand()));
}

这行得通吗？它是线程安全的吗？我只是想了解如何编写最简单的互斥。

如果你对我的例子有什么建议，那就太好了。

谢谢。

谢谢你说它不起作用。你能建议一个独立于编译器的修复程序吗？

它是线程安全的吗？

当然不是。如果一个线程在检查和设置锁之间被抢占，那么第二个线程可以获取该锁；如果控制权回到第一个线程，那么两个线程都会获得它。（当然，在现代处理器上，两个或多个内核可以同时执行相同的指令，以获得更多的乐趣。）

至少，您需要一个原子测试和设置操作来实现这样的锁。C++11库提供了这样一个东西：

std::atomic_flag locked;
if (!locked.test_and_set()) {
    vals.push_back(val);
    locked.clear();
} else {
    // I don't know exactly what to do here; 
    // but recursively calling add() is a very bad idea.
}

或者更好：

std::mutex mutex;
std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex);
vals.push_back(val);

如果您有一个较旧的实现，那么您将不得不依赖任何可用的扩展/库，因为当时的语言或标准库没有任何帮助。

不，这不是线程安全的。之间存在竞争 
if(!locked)

和

this->locked = 1;

如果在这两个语句之间有上下文切换，那么锁定机制就会崩溃。您需要一个原子test and set指令，或者简单地使用现有的mutex。

此代码不提供vals矢量的原子修改。考虑以下场景：

//<<< Suppose it's 0
if(!locked)
{   //<<< Thread 0 passes the check
    //<<< Context Switch - and Thread 1 is also there because locked is 0
    this->locked = 1;
    //<<< Now it's possible for one thread to be scheduled when another one is in
    //<<< the middle of modification of the vector
    this->vals.push_back(val);
    this->locked = 0;
}

这行得通吗？它是线程安全的吗？

没有。它有时会失败。

只有当其他线程在执行以下两行之间从不执行任何操作时，互斥锁才会工作：

if(!locked)
{
    this->locked = 1;

而你并没有确保这一点。

要了解如何编写互斥，请参阅这篇SO文章。

不，这不是线程安全的。

考虑两个线程或多或少同时运行myclass::add。此外，假设.locked的值为false。

第一个线程执行到并包括以下行：

if(!locked)
{

现在假设系统将上下文切换到第二个线程。它也执行到同一行。

现在我们有两个不同的线程，都认为它们具有独占访问权，并且都在if.的!locked条件内

它们将或多或少地同时调用vals.push_back()。

轰。

其他人已经展示了互斥锁是如何失败的，所以我不会重新散列他们的点。我只想补充一件事：最简单的互斥实现比您的代码复杂得多。

如果你对细节感兴趣（或者即使你不感兴趣——这是每个软件开发人员都应该知道的东西），你应该看看Leslie Lamport的Bakery Algorithm，然后从那里开始。

您不能在C++中实现它。您必须使用LOCK CMPXCHG。以下是我的答案：

; BL is the mutex id
; shared_val, a memory address
CMP [shared_val],BL ; Perhaps it is locked to us anyway
JZ .OutLoop2
.Loop1:
CMP [shared_val],0xFF ; Free
JZ .OutLoop1 ; Yes
pause ; equal to rep nop.
JMP .Loop1 ; Else, retry
.OutLoop1:
; Lock is free, grab it
MOV AL,0xFF
LOCK CMPXCHG [shared_val],BL
JNZ .Loop1 ; Write failed
.OutLoop2: ; Lock Acquired
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