本文介紹多執行緒環境下並行程式設計的基礎設施。主要包括：
- volatile
- __thread
- Memory Barrier
- __sync_synchronize
volatile
編譯器有時候為了優化效能，會將一些變數的值快取到暫存器中，因此如果編譯器發現該變數的值沒有改變的話，將從暫存器裡讀出該值，這樣可以避免記憶體訪問。
但是這種做法有時候會有問題。如果該變數確實（以某種很難檢測的方式）被修改呢？那豈不是讀到錯的值？是的。在多執行緒情況下，問題更為突出：當某個執行緒對一個記憶體單元進行修改後，其他執行緒如果從暫存器裡讀取該變數可能讀到老值，未更新的值，錯誤的值，不新鮮的值。
如何防止這樣錯誤的“優化”？方法就是給變數加上volatile修飾。
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volatile int i=10;//用volatile修飾變數i ......//something happened int b = i;//強制從記憶體中讀取實時的i的值 |
OK，畢竟volatile不是完美的，它也在某種程度上限制了優化。有時候是不是有這樣的需求：我要你立即實時讀取資料的時候，你就訪問記憶體，別優化；否則，你該優化還是優化你的。能做到嗎？
不加volatile修飾，那麼就做不到前面一點。加了volatile，後面這一方面就無從談起，怎麼辦？傷腦筋。
其實我們可以這樣：
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int i = 2; //變數i還是不用加volatile修飾 #define ACCESS_ONCE(x) (* (volatile typeof(x) *) &(x)) |
需要實時讀取i的值時候，就呼叫ACCESS_ONCE(i)，否則直接使用i即可。
這個技巧，我是從《Is parallel programming hard？》上學到的。
聽起來都很好？然而險象環生：volatile常被誤用，很多人往往不知道或者忽略它的兩個特點：在C/C++語言裡，volatile不保證原子性；使用volatile不應該對它有任何Memory Barrier的期待。
第一點比較好理解，對於第二點，我們來看一個很經典的例子：
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volatile int is_ready = 0; char message[123]; void thread_A { while(is_ready == 0) { } //use message; } void thread_B { strcpy(message,"everything seems ok"); is_ready = 1; } |
執行緒B中，雖然is_ready有volatile修飾，但是這裡的volatile不提供任何Memory Barrier，因此12行和13行可能被亂序執行，is_ready = 1被執行，而message還未被正確設定，導致執行緒A讀到錯誤的值。
這意味著，在多執行緒中使用volatile需要非常謹慎、小心。
__thread
__thread是gcc內建的用於多執行緒程式設計的基礎設施。用__thread修飾的變數，每個執行緒都擁有一份實體，相互獨立，互不干擾。舉個例子：
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#include #include #include using namespace std; __thread int i = 1; void* thread1(void* arg); void* thread2(void* arg); int main() { pthread_t pthread1; pthread_t pthread2; pthread_create(&pthread1, NULL, thread1, NULL); pthread_create(&pthread2, NULL, thread2, NULL); pthread_join(pthread1, NULL); pthread_join(pthread2, NULL); return 0; } void* thread1(void* arg) { coutiendl;//輸出 2 return NULL; } void* thread2(void* arg) { sleep(1); //等待thread1完成更新 coutiendl;//輸出 2，而不是3 return NULL; } |
需要注意的是：
1，__thread可以修飾全域性變數、函式的靜態變數，但是無法修飾函式的區域性變數。
2，被__thread修飾的變數只能在編譯期初始化，且只能通過常量表示式來初始化。
Memory Barrier
為了優化，現代編譯器和CPU可能會亂序執行指令。例如：
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int a = 1; int b = 2; a = b + 3; b = 10; |
CPU亂序執行後，第4行語句和第5行語句的執行順序可能變為先b=10然後再a=b+3
有些人可能會說，那結果不就不對了嗎？b為10，a為13？可是正確結果應該是a為5啊。
哦，這裡說的是語句的執行，對應的彙編指令不是簡單的mov b,10和mov b,a+3。
生成的彙編程式碼可能是：
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movl b(%rip), %eax ; 將b的值暫存入%eax movl $10, b(%rip) ; b = 10 addl $3, %eax ; %eax加3 movl %eax, a(%rip) ; 將%eax也就是b+3的值寫入a,即 a = b + 3 |
這並不奇怪，為了優化效能，有時候確實可以這麼做。但是在多執行緒並行程式設計中，有時候亂序就會出問題。
一個最典型的例子是用鎖保護臨界區。如果臨界區的程式碼被拉到加鎖前或者釋放鎖之後執行，那麼將導致不明確的結果，往往讓人不開心的結果。
還有，比如隨意將讀資料和寫資料亂序，那麼本來是先讀後寫，變成先寫後讀就導致後面讀到了髒的資料。因此，Memory Barrier就是用來防止亂序執行的。具體說來，Memory Barrier包括三種：
1，acquire barrier。acquire barrier之後的指令不能也不會被拉到該acquire barrier之前執行。
2，release barrier。release barrier之前的指令不能也不會被拉到該release barrier之後執行。
3，full barrier。以上兩種的合集。
所以，很容易知道，加鎖，也就是lock對應acquire barrier；釋放鎖，也就是unlock對應release barrier。哦，那麼full barrier呢？
__sync_synchronize
__sync_synchronize就是一種full barrier。