Volatile résout-il vraiment les problèmes de synchronisation multithreading ?

Les limites inhérentes de la volatilité dans la programmation multithread

Dans le domaine de la programmation multithread, la synchronisation de l'accès aux données partagées est cruciale. Une approche consiste à utiliser le mot-clé volatile pour garantir la préservation des valeurs des variables. Cependant, une discussion récente a soulevé des inquiétudes quant à l'efficacité de volatile dans de tels contextes.

Qu'est-ce que Volatile ?

Volatile déclare des variables qui ne doivent pas être optimisées à partir d'un programme. Cela garantit que le compilateur ne met pas en cache la valeur dans un registre mais la récupère plutôt de la mémoire à chaque accès. Il était initialement destiné à être utilisé avec des registres matériels ou des opérations d'E/S, mais a souvent été utilisé dans des situations de programmation multithread.

Les défis de la volatilité dans le multithreading

Malheureusement, volatile a des limites lorsqu’il est utilisé dans des contextes multithread. Bien que cela garantisse que les lectures et les écritures sur les variables volatiles se produisent immédiatement et dans le bon ordre par rapport aux autres accès volatiles, cela n'empêche pas la réorganisation des accès mémoire non volatile autour des accès volatiles.

Considérez une variable globale foo déclaré comme volatile, partagé par plusieurs threads. Un thread définit foo de manière atomique, tandis qu'un autre le lit. La déclaration volatile garantit que les opérations d'écriture et de lecture ne sont pas optimisées. Cependant, le compilateur peut toujours réorganiser d'autres opérations de mémoire, telles que le chargement de variables non volatiles, par rapport aux opérations volatiles.

La solution : barrières de mémoire et variables atomiques

Pour éviter la réorganisation, des barrières de mémoire sont nécessaires. Ils demandent au compilateur et au processeur de garantir qu'aucun accès à la mémoire n'est réorganisé à travers la barrière. Placer une barrière de mémoire après une écriture dans une variable volatile empêche la réorganisation des lectures non volatiles ultérieures par rapport à l'écriture volatile.

Cependant, étant donné que les barrières de mémoire garantissent également que toutes les lectures et écritures en attente sont exécutées, elles essentiellement fournissent les mêmes fonctionnalités que volatile. Par conséquent, le mot-clé volatile devient inutile lors de l'utilisation de barrières de mémoire.

Alternatives modernes en C : variables atomiques

En C 11, les variables atomiques (std::atomic

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