使用 std::atomic 标志和 std::condition_variable 等待工作线程

Question

下面是一个 C++17 代码片段，其中一个线程等待另一个线程到达某一阶段：

std::condition_variable  cv;
std::atomic<bool>        ready_flag{false};
std::mutex               m;


// thread 1
... // start a thread, then wait for it to reach certain stage
auto lock = std::unique_lock(m);
cv.wait(lock, [&]{ return ready_flag.load(std::memory_order_acquire); });


// thread 2
... // modify state, etc
ready_flag.store(true, std::memory_order_release);
std::lock_guard{m};   // NOTE: this is lock immediately followed by unlock
cv.notify_all();

据我了解，这是使用原子标志和条件变量来实现目标的有效方法。例如不需要使用std::memory_order_seq_cst。

是否可以进一步放宽此代码？例如：

• 也许用std::memory_order_relaxed在ready_flag.load()
• 也许使用std::atomic_thread_fence()而不是std::lock_guard{m};

Answer 1

首先：这段代码确实有效。调用lock_guard之前的notify_one确保等待线程在唤醒时将看到正确的值ready_flag，无论这是由于虚假唤醒还是由于调用notify_one.

其次：如果对 的唯一访问ready_flag是这里显示的那些，那么使用 就atomic有点矫枉过正了。将写入移动到写入器线程ready_flag的范围内lock_guard，并使用更简单、更传统的模式。

如果您坚持使用这种模式，那么是否可以使用memory_order_relaxed取决于您需要的排序语义。

如果设置 的线程ready_flag还写入将由读取器线程读取的其他对象，则您需要获取/释放语义以确保数据正确可见：读取器线程可能会锁定互斥体并看到新的互斥体。在编写器线程锁定互斥体ready_flag 之前的值，在这种情况下，互斥体本身将不提供排序保证。

如果设置 的线程没有触及其他数据ready_flag，或者该数据受到另一个互斥体或其他同步机制的保护，那么您可以在任何地方使用，因为您只关心它本身memory_order_relaxed的值，而不是顺序ready_flag任何其他写入。

atomic_thread_fence在任何情况下都对这段代码没有帮助。如果您使用条件变量，则lock_guard{m}是必需的。