c++ - 我在哪里设置内存屏障以便条件循环观察多线程值变化？

Question

假设一个线程无限期运行，直到它的成员变量 stop 被设置。喜欢

while (!stop) {
  // do something
}

我想防止它变成这个

if (!stop) {
  while (true) {
  
  }
}

那么我应该在哪里设置内存屏障/栅栏，以便无法执行此优化？
此外，这样的围栏是否已经足以确保更改为 true在下一次迭代中来自另一个线程是否可见？

Answer 1

So where would I set memory barriers / fences so that this optimization can't be performed?

A memory barrier/fence限制 memory ordering ，这可以防止编译器重新排序两个或多个内存访问 在同一线程中 .但是，内存排序不是这里的问题，因为您只是在谈论每个线程的单个内存访问。
相反，您正在谈论对同一变量 的两个内存操作来自两个不同的线程 .因此，这是 thread synchronization的问题，不是内存排序。
根据 §6.9.2.2 ¶21 of the ISO C++20 standard , 如果两个线程访问同一个变量而中间没有同步操作(例如互斥锁)，并且如果这些内存访问不是

两者都是原子的，或

均为只读，

那么这会导致未定义的行为。
因此，在您的 while 的情况下环形

while (!stop) {
  // do something
}

假设 stop是非原子数据类型，编译器允许假设变量 stop循环运行时永远不会被另一个线程修改(除非你碰巧在循环内部有一个同步操作)，因为这样做会导致未定义的行为(这意味着编译器将被允许做任何事情)。
出于这个原因，一个好的优化编译器会有效地将代码更改为以下内容:

if (!stop) {
  while (true) {  
    // do something
  }
}

但是，如果您更改变量 stop到原子数据类型，例如 std::atomic_flag 或 std::atomic<bool> ，那么多个线程同时访问这个变量并不是未定义的行为。在这种情况下，编译器将不允许假设 stop不会被其他线程修改，从而不允许执行上述优化。