std::atomic_flag调用notify_all后能否安全销毁？

Question

在我的代码中，我想使用 C++20 中引入的 std::atomic_flag to synchronize two threads. Specifically, I would like to use the new wait and notify_all 功能。

简而言之：一个线程正在等待标志准备就绪，而另一个线程将设置标志并发出通知。然而，要注意的是 atomic_flag 存在于堆栈中并将在通知后被销毁，而第一个线程可能仍在对 wait.

的调用中

基本上，我有等同于以下代码片段的内容：

#include <atomic>
#include <thread>

int main(int, char**)
{
    auto t = std::thread{};

    {
    auto f = std::atomic_flag{};
    t = std::thread{[&f] { f.wait(false); }};

    // Ensures that 't' is waiting on 'f' (not 100% guarantee, but you get the point)
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds{50});

    f.test_and_set();
    f.notify_all();
    } // <--- 'f' is destroyed here but 't' may still be in the wait call

    t.join();
    return 0;
}

过去，我曾在这种情况下使用过 boost::latch，我从经验中知道这种模式几乎总是会崩溃或断言。但是，将 boost::latch 替换为 std::atomic_flag 并未导致任何崩溃、断言或死锁。

我的问题： 在调用 notify_all 之后销毁 std::atomic_flag 是否安全（即唤醒线程可能仍在 wait 方法)?

Answer 1

不，不安全

来自标准

在标准（[atomics.flag]）中，atomic_flag_wait的作用描述如下：

Effects: Repeatedly performs the following steps, in order:

Evaluates flag->test(order) != old.

If the result of that evaluation is true, returns.

Blocks until it is unblocked by an atomic notifying operation or is unblocked spuriously.

这意味着，解除阻塞后，访问std::atomic_flag以读取新值。因此，这是一场从另一个线程破坏原子标志的竞赛。

在实践中

可能，代码片段工作正常，因为 std::atomic_flag 的析构函数是微不足道的。所以内存在堆栈上保持完好无损，等待线程仍然可以继续使用这些字节，就好像它们是原子标志一样。

通过稍微修改代码以显式地将 std::atomic_flag 所在的内存归零，代码段现在会死锁（至少在我的系统上是这样）。

#include <atomic>
#include <cstddef>
#include <cstring>
#include <thread>

int main(int, char**)
{
    auto t = std::thread{};

    // Some memory to construct the std::atomic_flag in
    std::byte memory[sizeof(std::atomic_flag)];

    {
    auto f = new (reinterpret_cast<std::atomic_flag *>(&memory)) std::atomic_flag{};

    t = std::thread{[&f] { f->wait(false); }};
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds{50});
    f->test_and_set();
    f->notify_all();
    
    f->~atomic_flag(); // Trivial, but it doesn't hurt

    // Set the memory where the std::atomic_flag lives to all zeroes
    std::memset(&memory, 0, sizeof(std::atomic_flag));
    }

    t.join();
    return 0;
}

如果在内存被设置为全零后它碰巧读取原子标志的值，这将死锁等待线程（可能是因为它现在将这些零解释为原子标志的值的'false'）。

std::atomic_flag调用notify_all后能否安全销毁？

Can std::atomic_flag be safely destroyed after calling notify_all?

c++

multithreading

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lifetime

c++20

来自标准

在实践中