c++ - 带线程的 C/C++ 数组——我需要使用互斥锁还是锁？

Question

我刚开始使用线程，并且阅读了很多有关如何共享和保护数据的资料。但我也没有真正掌握如何使用互斥锁和锁来保护数据。

下面是我将要处理的问题的描述。需要注意的重要一点是，这将是时间紧迫的，因此我需要尽可能减少开销。

我有两个固定大小的 double 组。

• 第一个数组将为后续计算提供数据。线程将从中读取值，但永远不会修改它。某个元素可能会在某个时间被任何线程读取。

• 第二个数组将用于存储线程执行的计算结果。这个数组的一个元素只会被一个线程更新，并且可能只会在结果值
  时更新一次写给它。

我的问题是:

1. 每次访问只读数组中的数据时，我真的需要在线程中使用互斥锁吗？如果是这样，您能解释一下原因吗？

2. 当线程写入结果数组时，我是否需要在线程中使用互斥锁，即使这将是唯一写入此元素的线程？

3. 我应该使用原子数据类型吗？如果我这样做会不会有任何显着的时间开销？

4. 许多此类问题的答案似乎是 - 不，如果您的变量已对齐，则不需要互斥量。此示例中的数组元素是否对齐，或者是否有某种方法可以确保它们对齐？

代码将在 64 位 Linux 上实现。我计划将 Boost 库用于多线程。

几天来，我一直在考虑这个问题并在整个网络上寻找，一旦发布，答案和清晰的解释在几秒钟内就回来了。有一个“可接受的答案”，但所有答案和评论都同样有帮助。

Answer 1

1. Do I really need to use a mutex in a thread each time I access the data from the read-only array? If so could you explain why?

没有。因为数据永远不会被修改，所以不会有同步问题。

2. Do I need to use a mutex in a thread when it writes to the result array even though this will be the only thread that ever writes to this element?

视情况而定。

1. 如果任何其他线程要读取该元素，则需要同步。
2. 如果任何线程可能修改 vector 的大小，则需要同步。

无论如何，注意不要让不同的线程大量写入相邻的内存位置。这可能会破坏性能。参见“虚假共享”。考虑到，您可能没有很多内核，因此没有很多线程，并且您说写入只完成一次，但这可能不会成为一个重大问题。

3. Should I use atomic data types and will there be any significant time over head if I do?

如果你使用锁(互斥量)，原子变量就不是必需的(而且它们确实有开销)。如果不需要同步，则不需要原子变量。如果需要同步，那么在某些情况下可以使用原子变量来避免锁。在哪些情况下你可以使用原子而不是锁......我认为这更复杂并且超出了这个问题的范围。

鉴于您在评论中的情况描述，似乎根本不需要同步，因此也不需要原子或锁。

4. ...Would my array elements in this example be aligned, or is there some way to ensure they are?

正如 Arvid 所指出的，您可以使用 alginas 请求特定对齐c++11 中引入的关键字。在 c++11 之前，您可以求助于编译器特定的扩展:https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-5.1.0/gcc/Variable-Attributes.html