Warum friert mein optimiertes Multithread-Programm ein, wenn ein nicht-atomares boolesches Flag verwendet wird?

Probleme bei der Multithreading-Programmoptimierung

In Ihrem Code haben Sie ein Multithread-Programm, bei dem ein separater Thread einen Zähler erhöht, während der Haupt-Thread darauf wartet eine Sekunde lang und setzt dann ein Flag, um dem Zähler-Thread zu signalisieren, dass er angehalten wird. Wenn das Programm jedoch im optimierten Modus (-O1 -O3) ausgeführt wird, bleibt es hängen, ohne eine Ausgabe zu drucken.

Der Übeltäter: Zugriff auf nicht-atomare Variablen

Der Das Problem entsteht durch die Variable „fertig“, bei der es sich um einen einfachen Bool-Wert handelt, auf den mehrere Threads gleichzeitig zugreifen, ohne dass Synchronisierungs- oder Atomizitätsgarantien vorliegen. Bei gleichzeitigem Zugriff kann diese Variable zu undefiniertem Verhalten (UB) führen.

Lösung: Verwenden Sie std::atomic

Um dieses Problem zu beheben, sollte die Variable „fertig“ sein als atomarer Typ deklariert werden, z. B. std::atomic. std::atomic bietet Atomizitätsgarantien und stellt sicher, dass der Zugriff auf die Variable synchronisiert und wohldefiniert ist.

Überarbeiteter Code:

#include <iostream>
#include <future>
#include <atomic>

static std::atomic<bool> finished = false;

int func()
{
    size_t i = 0;
    while (!finished)
        ++i;
    return i;
}

int main()
{
    auto result = std::async(std::launch::async, func);
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
    finished = true;
    std::cout << "result =" << result.get();
    std::cout << "\nmain thread>

Erklärung:

Im überarbeiteten Code wird die Variable „fertig“ als deklariert std::atomic, um den atomaren Zugriff sicherzustellen. Dadurch wird das undefinierte Verhalten verhindert, das zum Einfrieren des Programms geführt hat.

Hinweis zur Optimierung

Im optimierten Modus führt der Compiler möglicherweise aggressive Optimierungen durch, die Probleme bei den Daten verursachen können ist nicht richtig synchronisiert. Durch die Verwendung von std::atomic weisen Sie den Compiler explizit an, die Atomizität der „fertigen“ Variablen auch in optimierten Builds beizubehalten.

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