如何使共享值在没有互斥锁的情况下保持一致？

Question

我有以下代码。我不明白为什么读者会看到不一致的变量值。

uint64_t get_counter() {
    static uint64_t counter = 0;
    static std::mutex m;
    std::unique_lock l(m);
    return ++counter;
}

auto main() -> int {
    // uint64_t shared = 0;
    std::atomic<uint64_t> shared = 0;

    const auto writer = [&shared]() -> void {
        while (true) {
            shared = get_counter();
            std::this_thread::yield();
        }
    };
    const auto reader = [&shared]() -> void {
        while (true) {
            const uint64_t local = shared;
            if (local > shared) {
                cout << local << " " << shared << endl;
            }
            std::this_thread::yield();
        }
    };

    std::thread w1(writer), w2(writer), r(reader);
    r.join();

    return EXIT_SUCCESS;
}

get_counter只是生成严格递增数字的助手。实际上，它可以被其他更有用的功能所取代。

由于shared永远不应该变小，我期望何时if (local > shared)进行评估，它永远不应该是真的。但是，我得到这样的输出：

1022 1960
642677 644151
645309 645699
1510591 1512122
1592957 1593959
7964226 7965790
8918667 8919962
9094127 9095161
9116800 9117780
9214842 9215720
9539737 9541144
9737821 9739100
10222726 10223912
11197862 11199348

看起来local确实比 小shared，但是为什么输出呢？它是由某些数据竞争引起的吗？如果是这样，如何在不引入互斥锁的情况下解决这个问题？可以std::atomic_thread_fence用来帮忙吗？是否shared必须是std::atomic？

Answer 1

在我看来，以下顺序是可能的：

 Writer1: get_counter() -> 2
 Writer2: get_counter() -> 3
 Writer2: shared = 3
 Reader: local = shared (3)
 Writer1: shared = 2
 Reader: if (local > shared) // 3 > 2

由于您的锁不涵盖生成 + 分配，您在写入共享时存在“竞争条件”，并且它可能从生成中乱序，导致 if 触发。

我将竞争条件放在引号中，因为它不是数据竞争（因为共享是原子的）。