如果仅写入值，我是否需要原子？

Question

假设我有多个线程访问相同的内存位置。而且，如果有的话，它们都写入相同的值，但没有人读取它。之后，所有线程（通过锁）收敛，然后我才读取值。我需要为此使用原子吗？这是针对 x86_64 系统的。该值是一个 int32。

Answer 1

根据官方 ISO C 标准的 §5.1.2.4 ¶25 和 ¶4，两个不同的线程使用非原子操作以无序方式写入同一内​​存位置会导致未定义行为。如果所有线程都写入相同的值，则 ISO C 标准也不例外。

尽管 x86/x64 CPU 的 Intel/AMD 规范保证将 32 位整数写入 4 字节对齐的地址是原子的，但 ISO C 标准不保证这样的操作是原子的，除非您使用由 ISO C 标准保证为原子的数据类型（例如atomic_int_least32_t）。因此，即使您的线程将 type 值写入int32_t4 字节对齐的地址，根据 ISO C 标准，您的程序仍然会导致未定义的行为。

然而，出于实际目的，假设编译器正在生成以原子方式执行操作的汇编指令可能是安全的，前提是满足对齐要求。

即使内存写入未对齐并且 CPU 不会以原子方式执行写入指令，您的程序仍可能按预期工作。将一个写操作拆分为两个写操作应该无关紧要，因为所有线程都在写入完全相同的值。

如果您决定不使用原子变量，那么您至少应该将该变量声明为volatile. 否则，编译器可能会发出汇编指令，导致变量仅存储在 CPU 寄存器中，因此其他 CPU 可能永远不会看到对该变量的任何更改。

因此，要回答您的问题：可能没有必要将您的变量声明为原子变量。但是，它仍然强烈推荐。通常，对多个线程访问的变量的所有操作都应该是原子的或受互斥锁保护。此规则的唯一例外是所有线程都对该变量执行只读操作。

玩弄未定义的行为可能很危险，通常不推荐。特别是，如果编译器检测到导致未定义行为的代码，则允许将该代码视为无法访问并对其进行优化。在某些情况下，一些编译器实际上会这样做。有关详细信息，请参阅Microsoft 博主 Raymond Chen 撰写的这篇非常有趣的帖子。

此外，请注意写入同一位置（甚至同一缓存线）的多个线程可能会中断CPU 管道，因为 x86/x64 架构保证了必须强制执行的强内存排序。如果 CPU 的高速缓存一致性协议检测到由于另一个 CPU 写入同一高速缓存行而可能违反了内存顺序，则可能必须清除整个 CPU 管道。出于这个原因，所有线程写入不同的内存位置（在不同的缓存行中，至少相隔 64 字节）并在所有线程同步后分析写入的数据可能更有效。