Quel est le rôle des barrières de mémoire dans la programmation multithread C++ ?

En programmation multithread C++, le rôle des barrières mémoire est d'assurer la cohérence des données entre les threads. Il empêche les courses de données en forçant les threads à s'exécuter dans l'ordre attendu. C++ fournit des barrières de mémoire telles que des barrières de cohérence séquentielle, des barrières d'acquisition/libération et des barrières de consommation/relâchement. En ajoutant des barrières de mémoire à votre code, vous pouvez éviter les courses de données et garantir une cohérence correcte des données entre les threads.

Le rôle des barrières de mémoire dans la programmation multithread C++

Dans la programmation multithread C++, une barrière de mémoire est une séquence spéciale de code conçue pour assurer la cohérence des données entre les threads. Lorsque plusieurs threads accèdent aux données partagées en même temps, des courses de données peuvent se produire, entraînant une corruption des données ou des pannes de programme. Les barrières de mémoire empêchent les courses de données en forçant les threads à s'exécuter dans l'ordre attendu.

Types de barrières de mémoire

C++ fournit plusieurs types de barrières de mémoire :

• Barrière de cohérence séquentielle (std::memory_order_seq_cst) : assurez-vous que tous les threads voient les données en mémoire dans un ordre cohérent.
• barrière d'acquisition/libération (std::memory_order_acquire/release) : La barrière d'acquisition garantit que toutes les données ont été chargées au moment de l'exécution, tandis que la barrière de libération garantit que toutes les données ont été stockées après l'exécution.
• Autres barrières (std::memory_order_consume/relaxed) : La barrière de consommation est utilisée pour interdire l'optimisation, tandis que la barrière relâchée n'a aucune garantie et est principalement utilisée à des fins de débogage.

Cas pratique

Considérez l'exemple de code suivant :

int shared_value = 0;

void thread1() {
  // 从共享变量中读取
  int value = shared_value;
  
  // 使用该值进行计算
  value += 1;

  // 将更新后的值写入共享变量
  shared_value = value;
}

void thread2() {
  // 将新的值写入共享变量
  shared_value = 10;
}

Si le thread 1 et le thread 2 s'exécutent simultanément, il est possible que la lecture et l'écriture des données se chevauchent, ce qui amène le thread 1 à voir l'ancienne variable partagée avant d'écrire le nouvelle valeur de valeur. Pour éviter cela, vous pouvez ajouter des barrières de mémoire à votre code.

Après avoir ajouté la barrière de cohérence séquentielle, le code :

void thread1() {
  // 从共享变量中读取
  int value = shared_value;
  
  // 使用该值进行计算
  value += 1;

  // 强制线程按顺序执行
  std::atomic_thread_fence(std::memory_order_seq_cst);

  // 将更新后的值写入共享变量
  shared_value = value;
}

void thread2() {
  // 强制线程按顺序执行
  std::atomic_thread_fence(std::memory_order_seq_cst);

  // 将新的值写入共享变量
  shared_value = 10;
}

La barrière de cohérence séquentielle garantit que le thread 1 charge la dernière valeur de la variable partagée avant de mettre à jour la variable partagée, et que le thread 2 attend que le thread 1 termine le calcul avant écrire dans la variable partagée. Cela évite les courses de données et garantit une cohérence correcte des données entre les threads.

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