为什么使用原子 CAS 的程序不能保持线程安全？

Question


int main(){

    atomic<bool> atomic_lock(false);
    std::atomic_flag lock_flag = ATOMIC_FLAG_INIT;
    int count = 0;


    auto f = [&](){
        bool flag = false;
        
        for( int i = 0; i< 10000000; ++i){
          while(!atomic_lock.compare_exchange_strong(flag, true)){}
          //while(lock_flag.test_and_set(std::memory_order_seq_cst));

          ++count;
          //lock_flag.clear(std::memory_order_seq_cst);
          atomic_lock.store(false, std::memory_order_seq_cst);
        }
    };

    thread t1(f);
    thread t2(f);
    t1.join();
    t2.join();

    cout<<count<<endl;

    return 0;
}

这是我的程序，我想用CAS替换mutex，但是输出不是20000000，说明不是线程安全程序，哪里错了？但是，我用 atomic_flag 替换 atomic 显示如上，输出是正确的

Answer 1

您忘记在每次 CAS 尝试之前设置 flag = false 以确保您仅在 CAS 从 false 变为 true 时才成功。

请记住，在 CAS 失败时，“预期”（旧值第一个 arg）会更新为 flag 的当前值；这就是它引用它的原因 (cppref). See also Understanding std::atomic::compare_exchange_weak() in C++11.

每次失败后，您的代码都会循环，直到它可以从上一次迭代看到的任何内容进行 CAS。这很容易成功，您很快就会在临界区内拥有两个线程立即创建数据争用 UB（这会在多核系统上导致真正的问题，如果增量未编译为一条指令，甚至在单核系统上也会导致问题。）

对于 C++ std::atomic:CAS 来说，通过指针而不是非 const 引用来获取该 arg 可能是一个更好的设计，例如匹配的 non-member std::atomic_compare_exchange_weak(std::atomic<T>* obj, T* expected, T desired) C11接口。或许不是，但它可以避免这个隐藏的陷阱。

为什么使用原子 CAS 的程序不能保持线程安全？

why the program using atomic CAS cannot keep thread safety?

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