c++ - 互斥锁指针双重NULL检查的原因是什么

Question

我最近读了一本关于系统软件的书。里面有个例子看不懂。

volatile T* pInst = 0;
T* GetInstance()
{
  if (pInst == NULL)
  {
   lock();
   if (pInst == NULL)
     pInst = new T;
   unlock();
  }
  return pInst;
}

作者为什么要检查两次(pInst == NULL)？

Answer 1

当两个线程第一次尝试同时调用 GetInstance() 时，在第一次检查时都会看到 pInst == NULL。一个线程将首先获得锁，这允许它修改pInst。

第二个线程将等待锁可用。当第一个线程释放锁时，第二个会得到它，现在pInst的值已经被第一个线程修改了，所以第二个不需要创建一个新的实例。

只有 lock() 和 unlock() 之间的第二次检查是安全的。它可以在没有第一次检查的情况下工作，但它会更慢，因为每次调用 GetInstance() 都会调用 lock() 和 unlock() .第一次检查避免了不必要的 lock() 调用。

volatile T* pInst = 0;
T* GetInstance()
{
  if (pInst == NULL) // unsafe check to avoid unnecessary and maybe slow lock()
  {
   lock(); // after this, only one thread can access pInst
   if (pInst == NULL) // check again because other thread may have modified it between first check and returning from lock()
     pInst = new T;
   unlock();
  }
  return pInst;
}

另见 https://en.wikipedia.org/wiki/Double-checked_locking (复制自 interjay 的评论)。

注意:此实现要求对 volatile T* pInst 的读写访问都是原子的。否则，第二个线程可能会读取刚刚被第一个线程写入的部分写入值。对于现代处理器，访问指针值(而不是指向的数据)是原子操作，但不能保证适用于所有架构。

如果对 pInst 的访问不是原子的，第二个线程可能会在获取锁之前检查 pInst 时读取部分写入的非 NULL 值，然后执行 return pInst 在第一个线程完成其操作之前，这将导致返回错误的指针值。