为什么使用原子 CAS 的程序不能保持线程安全？

Question

int main(){

    atomic<bool> atomic_lock(false);
    std::atomic_flag lock_flag = ATOMIC_FLAG_INIT;
    int count = 0;


    auto f = [&](){
        bool flag = false;
        
        for( int i = 0; i< 10000000; ++i){
          while(!atomic_lock.compare_exchange_strong(flag, true)){}
          //while(lock_flag.test_and_set(std::memory_order_seq_cst));

          ++count;
          //lock_flag.clear(std::memory_order_seq_cst);
          atomic_lock.store(false, std::memory_order_seq_cst);
        }
    };

    thread t1(f);
    thread t2(f);
    t1.join();
    t2.join();

    cout<<count<<endl;

    return 0;
}

这是我的程序，我想用 CAS 替换互斥锁，但不是 20000000 的输出表明它不是线程安全程序，哪里错了？但是，我用 atomic_flag 替换 atomic 显示如上，输出是正确的

Answer 1

您忘记flag = false在每次 CAS 尝试之前进行设置，以确保您仅在 CAS 从 false 变为 true 时才成功。

请记住，在 CAS 失败时，“预期”（旧值第一个 arg）将更新为当前值flag；这就是为什么它通过引用（cppref）来获取它。另见了解 C++11 中的 std::atomic::compare_exchange_weak()。

每次失败后，您的代码都会循环，直到它可以从上次迭代中看到的任何内容进行 CAS。 这很容易成功，并且您将很快在临界区中同时拥有两个线程，从而创建数据争用 UB（这会在多核系统上导致真正的问题，如果增量无法编译，甚至在单核系统上也是如此到一个指令。）

对于 C++ std::atomic:CAS 来说，通过指针而不是非const引用来获取 arg 可能是一个更好的设计，就像匹配 C11 接口的非成员 一样std::atomic_compare_exchange_weak(std::atomic<T>* obj, T* expected, T desired)。或者也许不是，但它会避免这个隐藏的陷阱。