std::atomic<bool>执行保证？

Question

我知道 std::atomics 应该有明确定义的行为，但我找不到这个问题的易于理解的在线答案：做 std::atomic.load() 和 . store() 有执行保证吗？

如果两个线程尝试对同一个 std::atomic 对象进行并发写入或读取，是否保证写入和读取都被执行？换句话说，是否有可能写入或读取任务根本无法完成？一个或两个会被阻止吗？还是保证它们是按顺序排列的？我不是在这里询问操作顺序。我只是问是否会在未来某个未指定的时间完成手术。

Answer 1

编译器和处理器确保执行编程操作是一个基本假设。这与std::atomic<>无关。 std::atomic<> 提供的保证是单个操作自动发生。

那是什么意思？

考虑两个线程 A 和 B，它们都递增相同的整数变量。此操作通常涉及读取整数、加 1 和写入结果（请注意，这只是一个示例，C++ 标准没有说明操作如何分解为原子步骤，因此我们不能根据标准）。

在这种情况下，我们会有“读取”、“加一”和“写入”步骤。对于每个线程，这些步骤都保证按顺序执行，但不能保证这些步骤是如何交错的。可能是：

   B: read
   B: add1
   B: write
   A: read
   A: add1
   A: write

这导致整数递增两次。

也可以

   A: read
   A: add1
   B: read
   B: add1
   B: write
   A: write

这将导致整数仅递增一次。

因此这个实现会有一个 race condition.

为了摆脱它，我们可以使用 std::atomic<int> 而不是普通的 int 作为整数。 std::atomic<int> 实现了 ++ 运算符，std::atomic<> 提供的保证是在这种情况下递增将自动发生。

在该示例中，这意味着步骤序列 - 读取、加一、写入 - 不会被另一个线程中断。仍然无法保证线程之间的执行顺序。因此，我们可以

   A: read
   A: add1
   A: write
   B: read
   B: add1
   B: write

或

   B: read
   B: add1
   B: write
   A: read
   A: add1
   A: write

但其他组合是不可能的，在这两种情况下整数都会递增两次。因此没有竞争条件。

std::atomic<bool> execution guarantee?