c++ - 这里是否需要 volatile

Question

我正在实现一个“序列锁”类，以允许对数据结构进行锁定写入和无锁定读取。

将包含数据的结构包含序列值，该序列值将在写入发生时递增两次。写作开始前一次，写作完成后一次。作者在读者之外的其他线程上。

这是保存数据拷贝的结构，序列值如下所示:

template<typename T>
struct seq_data_t
{
    seq_data_t() : seq(0) {};
    int seq;                     <- should this be 'volatile int seq;'?
    T data;
};

整个序列锁类在循环缓冲区中持有该结构的 N 个拷贝。写入线程总是覆盖循环缓冲区中最旧的数据拷贝，然后将其标记为当前拷贝。写入是互斥锁。

读取功能不锁定。它尝试读取数据的“当前”拷贝。它在读取之前存储“seq”值。然后它读取数据。然后它再次读取 seq 值，并将其与第一次读取的值进行比较。如果seq值没有变化，则认为read是好的。

由于写入线程可以在读取发生时更改“seq”的值，我认为 seq 变量应标记为 volatile，以便读取函数在读取数据后显式读取值。

读取函数看起来是这样的:它将在 writer 以外的线程上运行，并且可能在多个线程上运行。

    void read(std::function<void(T*)>read_function)
    {
        for (;;)
        {
            seq_data_type<T>* d = _data.current; // get current copy
            int seq1 = d->seq;      // store starting seq no
            if (seq1 % 2)           // if odd, being modified...
                continue;           //     loop back

            read_function(&d->data);  // call the passed in read function
                                      // passing it our data.


//??????? could this read be optimized out if seq is not volatile?
            int seq2 = d->seq;      // <-- does this require that seq be volatile?
//???????

            if (seq1 == seq2)       // if still the same, good.
                return;             // if not the same, we will stay in this
                                    // loop until this condition is met.
        }
    }

问题:

1) seq 在这种情况下必须是易变的吗？

2) 在具有多个成员的结构的上下文中，只有 volatile 限定变量是 volatile，而不是其他成员？也就是说，如果我只在结构中将它标记为 volatile，那么它只是 'seq' volatile 吗？

Answer 1

不要使用 volatile , 使用 std::atomic<> . volatile旨在用于与内存映射硬件交互，std::atomic<>旨在用于线程同步。为工作使用正确的工具。

好的特点std::atomic<>实现:

• 它们对于标准整数类型是无锁的(通常是 long long 以内的所有类型)。

• 它们适用于任何数据类型，但会对复杂数据类型使用透明互斥体。

• 如果 std::atomic<>是无锁的，它会插入正确的内存屏障/栅栏以实现正确的语义。

• 对 std::atomic<> 的操作无法优化，毕竟它们是为线程间通信而设计的。