C++ マルチスレッド プログラミングにおけるメモリ バリアの役割は何ですか?

C++ マルチスレッド プログラミングにおけるメモリ バリアの役割は、スレッド間のデータの一貫性を確保することです。スレッドが予期された順序で実行されるようにすることで、データの競合を防ぎます。 C++ は、逐次一貫性バリア、バリアの取得/解放、バリアの消費/緩和などのメモリ バリアを提供します。コードにメモリバリアを追加することで、データ競合を防止し、スレッド間の正しいデータ一貫性を確保できます。

C++ マルチスレッド プログラミングにおけるメモリ バリアの役割

C++ マルチスレッド プログラミングにおいて、メモリ バリアは、スレッド間のデータの一貫性を確保するために設計された特別なコード シーケンスです。複数のスレッドが共有データに同時にアクセスすると、データ競合が発生し、データの破損やプログラムのクラッシュにつながる可能性があります。メモリ バリアは、スレッドを予期された順序で実行することによってデータ競合を防ぎます。

メモリ バリアの種類

C++ では、複数の種類のメモリ バリアが提供されます。

• Sequential Consistency Barrier (std::memory_order_seq_cst): すべてのスレッドがメモリ内のデータを順序どおりに参照できるようにします。
• acquire/release バリア (std::memory_order_acquire/release): 取得バリアは実行時にすべてのデータがロードされたことを保証し、リリース バリアは実行後にすべてのデータが格納されたことを保証します。
• その他のバリア (std::memory_order_consume/relaxed): 消費バリアは最適化を禁止するために使用されますが、緩和バリアには保証がなく、主にデバッグ目的で使用されます。

実際のケース

次のサンプルコードを考えてみましょう:

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;
}

スレッド 1 とスレッド 2 が同時に実行される場合、データの読み取りと書き込みが重複する可能性があり、その結果、スレッド 1 が古い共有変数を先に参照してしまう可能性があります。新しい値 value を書き込みます。これを防ぐために、コードにメモリバリアを追加できます。

逐次整合性バリアを追加した後、コードは次のようになります:

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;
}

逐次整合性バリアにより、スレッド 1 は共有変数を更新する前に共有変数の最新の値をロードし、スレッド 2 はスレッド 1 が計算を完了するまで待機します。共有変数に書き込みます。これにより、データ競合が防止され、スレッド間の正しいデータ一貫性が保証されます。

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