如果只写一个值，我需要原子的吗？

问题描述

假设我有多个线程访问同一内存位置。而且，如果有的话，它们都写入相同的值，而没有人读取它。 之后，所有线程都收敛（通过锁），然后才读取该值。我需要为此使用原子吗？ 这是用于x86_64系统。该值为int32。

解决方法

根据§5.1.2.4 ¶25 and ¶4 of the official ISO C standard，使用非原子操作以无序方式写入同一内​​存位置的两个不同线程会导致undefined behavior。如果所有线程都写入相同的值，则ISO C标准对此规则也不例外。

尽管x86 / x64 CPU的Intel / AMD规范保证将32位整数写入4字节对齐地址是原子的，但除非ISO C标准不能保证这种操作是原子的，否则除非您使用的是ISO C标准保证是原子的数据类型（例如atomic_int_least32_t）。因此，即使您的线程根据ISO C标准将一个类型为int32_t的值写入4字节对齐的地址，您的程序仍然会导致未定义的行为。

但是，出于实际目的，只要满足对齐要求，就可以假定编译器正在生成原子执行该操作的汇编指令。

即使内存写入未对齐且CPU不会自动执行写入指令，您的程序仍可能会按预期运行。将写操作分为两个写操作无关紧要，因为所有线程都在写完全相同的值。

如果决定不使用原子变量，则至少应将变量声明为volatile。否则，编译器可能会发出汇编指令，从而使该变量仅存储在一个CPU寄存器中，从而使其他CPU永远看不到对该变量的任何更改。

因此，要回答您的问题：可能不必将变量声明为atomic。但是，仍然强烈建议使用。通常，对多个线程访问的变量的所有操作应为原子操作或受mutex保护。该规则的唯一例外是，如果所有线程都对该变量执行只读操作。

以不确定的行为玩耍很危险，通常不建议这样做。特别是，如果编译器检测到导致未定义行为的代码，则可以将该代码视为不可访问并对其进行优化。在某些情况下，某些编译器实际上会这样做。有关更多信息，请参见this very interesting post by Microsoft Blogger Raymond Chen。

另外，请注意，写入同一位置（甚至相同的cache line）的多个线程可能会破坏CPU pipeline，因为x86 / x64体系结构保证必须强制执行strong memory ordering 。如果CPU的cache coherency protocol检测到由于另一个CPU写入同一高速缓存行而可能导致的内存顺序冲突，则可能必须清除整个CPU管道。因此，在所有线程都同步之后，将所有线程写入不同的内存位置（在不同的高速缓存行中，至少间隔64个字节）并分析写入的数据可能会更有效。