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单线程读单线程写一个变量是否一定要加锁

单线程读单线程写一个变量是否一定要加锁

作者: 钟离惜 | 来源:发表于2021-01-20 23:25 被阅读0次

单线程读单线程写一个变量是否需要加锁,刚毕业的时候我会有这样的想法:一个线程只读并没有改变变量的值并不会有两个线程同时写一个变量产生竞态,所以不用加锁,但是工作中长者给我指导都是多线程必须加锁,所以我也没有深究这个问题,从来没有想过为什么。

过了一段时间后,了解到原子性这个概念,了解到虽然一个线程读一个线程写,但是因为对一个线程的写和读并非是原子的,读线程可能读到另外一个线程写到一半的值,所以要加锁来保护。但是上面的答案直到我看到下面的文章再一次被推翻了。

学了C然后C++,然后MFC/Windows,然后是C#,其中数据类型很多,由基本类型衍生的typedef类型也N多。熟知基本数据类型是我们正确表达实际问题中各种数据的前提,因此我分类总结了一下C/C++/Windows /C#基本数据类型,以便日后查阅。

说明:

(1)类型修饰符signed和unsigned用于修饰字符型和整形。

(2)类型修饰符short和long用于修饰字符型和整形。

(3)当用signed和unsigned、short和long修饰int整形时,int可省略。

(4)其中bool和wchar_t是C++特有的。

(5)除上表以外,C/C++都可以自定义枚举enum、联合union和struct结构体类型。

(6)以上sizeof通过Windows XP 32位平台测试,其中某些类型数据的字节数和数值范围由操作系统和编译平台决定。比如16位机上,sizeof(int) = 2,而32位机上sizeof(int) = 4;32位机上sizeof(long) = 4,而64位机上sizeof(long) = 8。除此之外,注意64位机上的pointer占8byte。

(7)void的字面意思是“无类型”,不能用来定义变量。void真正发挥的作用在于:<1> <wbr style="box-sizing: border-box; outline: 0px; overflow-wrap: break-word;">对函数返回和函数参数的限定,例如自定义既不带参数也无返回值的函数void MyFunc(void);<2>定义无类型通用指针void *,指向任何类型的数据。

(8)标准C++库及STL还提供了通用数据结构:字符串类string;向量类模板vector;双端队列类模板deque;链表类模板list;容器适配器堆栈类stack(实现先进后出的操作);容器适配器队列类queue(实现先进先出的操作);集合类set;多重集合类multiset;映射类map;多重映射类multimap;位集合bitset;迭代器iterator (类似指针的功能,对容器的内容进行访问)。

(9)在标准c++中,int的定义长度要依靠你的机器的字长,也就是说,如果你的机器是32位的,int的长度为32位,如果你的机器是64位的,那么int的标准长度就是64位,而vc中__int64是为在32机位机器长实现64位长度的整形数。

(10)关于32位平台下的int和long

long从字面上看,应该是64位才更合理,把long当成32位实在是一个历史的包袱。像C#那样新起炉灶的程序语言,由于没有需要支持老代码的问题,就把long当作64位来处理了。

在32位平台下,long是相对short而言,long(short)类型是long(short) <wbr style="box-sizing: border-box; outline: 0px; overflow-wrap: break-word;">int类型的简称,sizeof(long) = sizeof(int) = 4。int和long的范围虽然一样,但输入输出格式不同,printf int的格式为%d,而printf long的格式为%ld。

考虑到程序的可移植性,还是要将他们区分开来。但当要求的数值范围为4byte时,建议使用int类型,因为第一版的C语言只有一种类型,那就是int。

(11)在Win32 API及MFC中为了使类型名称在语意上更明了,对以上基本类型进行了大量的typedef。例如WINDEF.H中的BYTE,WORD,DWORD。

(12)计算机内部内存的基本单位是1byte(8个电子开关)!

提出问题:如果有一个类型为int的全局变量a, 线程A对a仅进行读操作,线程B对a仅进行写操作,那么两个线程在操作a时是否需要加锁来保持同步呢?

这个不能简单判断一定要加锁或是不加锁。要分情况讨论。

情况一

如果线程A读取a的目的仅为了显示给界面,或者a满足一定条件后执行某些操作,而在执行这些操作过程中对a是否发生了变化并不关心;一定间隔时间后又同样执行上述操作。这种情况下,就不需要加锁。
理由是,线程A对a进行读取时是完整的读取的,同样线程B对a写也是完成写的;不存在对a读一半或写一半的问题。可能又有新的疑问,这样且不是说对a的操作是原子了,那样的话何必还需要原子变量的类型了,而且对a的操作也不是一条指令能完成的啊。其实这个疑问和“不存在对a读一半或写一半”的说法并不矛盾。因为“不存在对a读一半或写一半”并不是说对a的操作就是原子操作。对写举个例子,a = a + 1, 这个操作毫无疑问肯定不是原子操作。这个语句简单的转换为类似机器语言,第一步,把a读取到一个寄存器中,第二步将寄存器中的值加1,第三步将寄存器中的新值写入a中。既然需要三步操作了,显然就不是原子操作了,那么“不存在对a读一半或写一半”的意思是什么呢?它的意思就是说第二步是一次执行成功的。换句话说,线程B要写a,做了三步操作中任何一步结束,线程A去读a,a仍是一个有效值,只不过a并不一定是一个最新的值。情况一中线程A并不关心a是不是最新的值,只关心a是否由线程B写入的一个合法值就可以了,至于最新值可以通过循环去不断刷新。 也许有人还有疑问,为什么第二步是一次执行成功的呢?难得就不可能执行一半就被其他线程抢去CPU了吗?这个不会,因为有了字节对齐,一个读周期或是一个写周期仅需要一个总线周期,在这个总线周期内就把这个整型变量给处理了, 一个总线周期结束前CPU不会被抢占,就是中断发生也不会导致一个总线周期执行一半时CPU被抢占(CPU是在现行指令结束后响应中断,即运行到最后一个指令周期中的最后一个总线周期中的最后一个T状态时CPU才采样INTR线来查看是否有中断请求)。

情况二

线程A对a仅进行读操作,然后对a进行判断后执行相应的操作,如果这个过程中由于线程B对a进行写操作导致a发生变化而影响这些操作,这种情况下,就需要加锁。
加锁的目的是为了保护数据,如果不需要保护的情况下数据就本身就可以一致,就没有必要加锁, 啰嗦了。

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分析很透彻的C/C++ 基本类型及是否需要多线程锁
单线程读单线程写一个变量是否一定要加锁

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