C++ 可以在结构内声明原子变量以保护这些成员吗？

Question

在共享文件中声明和定义结构。

Windows API CreateThread() 创建的两个线程都可以看到它的实例:

struct info
{
    std::atomic<bool> inUse; 
    string name;

};
info userStruct; //this guy shared between two threads

线程 1 持续锁定/解锁以写入 到结构中的成员(测试值相同):

    while (1)
    {
        userStruct.inUse = true;
        userStruct.name= "TEST";
        userStruct.inUse = false;
    }   

线程 2 只是读取 和打印，只有当它碰巧发现它已解锁时

    while (1)
    {
        while (! userStruct.inUse.load() )
        {
            printf("** %d, %s\n\n", userStruct.inUse.load(), userStruct.name.c_str());
            Sleep(500); //slower reading
        }

        printf("In Use!\n");
    }

希望看到很多:

"In Use!"

每一次，如果它进入，解锁时:

"0, TEST"

..确实如此。

但也看到了:

"1, TEST"

如果 atomic bool 是 1，我不希望看到它。

我做错了什么？

Answer 1

您的代码不是线程安全的。原子就是原子。但是 if 语句不是!

发生了什么:

Thread 1                                Thread 2               Comment 

while (! userStruct.inUse.load() )                             ---> InUse is false 
==> continues loop 
                                        inUse = true           
==> continues loop already started
printf(...) 

在最坏的情况下，您可能会因为数据竞争而出现 UB(线程 2 修改字符串，线程 1 在修改期间读取字符串)。

解决方案:

由于您打算将原子用作锁，只需使用为这种同步设计的真正锁，使用 std::mutex用std::lock_guard .

例如:

struct info
{
    std::mutex access; 
    string name;
}; 

第一个线程将是:

while (1)
{
    std::lock_guard<std::mutex> lock(userStruct.access); // protected until next iteration
    userStruct.name= "TEST";
}   

然后第二个线程可以尝试以非阻塞方式访问互斥量:

while (1)
{
    {  //  trying to lock the mutex
        std::unique_lock<std::mutex> lock(userStruct.access, std::try_to_lock);
        if(!lock.owns_lock()){   // if not successful do something else
            std::cout << "No lock" <<std::endl; 
        }
        else                     // if lock was successfull
        {
            std::cout << "Got access:" << userStruct.name <<std::endl;
        }
    } // at this stage, the lock is released.
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
}

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