c++ - 互斥锁是如何真正工作的？

Question

互斥锁背后的想法是在任何时候只允许一个线程访问一段内存。如果一个线程锁定了互斥体，任何其他锁定尝试都将阻塞，直到第一个解锁。然而，这是如何实现的呢？要锁定自己，互斥锁必须在某个地方设置一个表示它已锁定的位置。但是，如果第二个互斥锁同时读取第一个互斥锁，该怎么办。更糟糕的是，如果他们同时锁定互斥锁怎么办？互斥体将屈服于它旨在防止的相同问题。

互斥锁是如何工作的？

Answer 1

低级原子操作。这些本质上是在硬件中实现的互斥锁，除了您只能以原子方式执行很少的操作。

考虑以下等效伪代码:

mutex global_mutex;
void InterlockedAdd(int& dest, int value) {
    scoped_lock lock(mutex);
    dest += value;
}
int InterlockedRead(int& src) {
    scoped_lock lock(mutex);
    return src;
}
void InterlockedWrite(int& dest, int value) {
    scoped_lock lock(mutex);
    dest = value;
}

这些功能是由 CPU 以指令的形式实现的，它们在不同程度上保证了线程之间的一致性。确切的语义取决于所讨论的 CPU。 x86 提供顺序一致性。这意味着操作的行为就像它们是按某种顺序按顺序发出的一样。这显然涉及到一些阻塞。

您可以准确地推测原子操作可以用互斥体来实现，反之亦然。但通常，原子操作由硬件提供，然后由操作系统在它们之上实现互斥锁和其他同步原语。这是因为有些算法不需要完整的互斥体并且可以操作所谓的“无锁”，这意味着只使用原子操作来实现一些线程间的一致性。