《C++0x漫谈》系列之：多线程内存模型

最新推荐文章于 2025-03-10 19:11:13 发布

pongba

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分类专栏： C++0x漫谈并发编程 C++ 文章标签：多线程 c++ 编译器 thread 优化 java

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/pongba/article/details/1659952

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本文是《C++0x漫谈》系列之一，探讨了C++0x中多线程内存模型的重要性，原因是现有模型无法保证可移植的多线程程序。C++0x的内存模型受到了Java内存模型的影响，旨在解决编译器优化可能破坏多线程程序正确性的问题。通过实例分析，解释了为何volatile关键字在多线程环境下不足以保证正确性，并讨论了多线程库的局限性。文章提出，C++0x的data-race-free模型允许通过同步原语确保程序的顺序一致性执行，同时最大化编译器优化。

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《C++0x漫谈》系列之：多线程内存模型

By 刘未鹏(pongba)

刘言|C++的罗浮宫(http://blog.youkuaiyun.com/pongba)

《C++0x漫谈》系列导言

这个系列其实早就想写了，断断续续关注C++0x也大约有两年余了，其间看着各个重要proposals一路review过来：rvalue-references、concepts、memory-model、variadic-templates、template-aliases、auto/decltype、GC、initializer-lists…

总的来说C++09跟C++98相比的变化是极其重大的。这个变化体现在三个方面，一个是形式上的变化，即在编码形式层面的支持，也就是对应我们所谓的编程范式(paradigm)。C++09不会引入新的编程范式，但在对泛型编程（GP）这个范式的支持上会得到质的提高：concepts、variadic-templates、auto/decltype、template-aliases、initializer-lists皆属于这类特性。另一个是内在的变化，即并非代码组织表达方面的，memory-model、GC属于这一类。最后一个是既有形式又有内在的，r-value references属于这类。

这个系列如果能够写下去，会陆续将C++09的新特性介绍出来。鉴于已经有许多牛人写了很多很好的tutor（这里，这里，还有C++标准主页上的一些introductive的proposals，如这里，此外C++社群中老当益壮的Lawrence Crowl也在google做了非常漂亮的talk）。所以我就不作重复劳动了:)，我会尽量从一个宏观的层面，如特性引入的动机，特性引入过程中经历的修改，特性本身的最具代表性的使用场景，特性对编程范式的影响等方面进行介绍。至于细节，大家可以见每篇介绍末尾的延伸阅读。

多线程内存模型

动机

内存模型是C++09最重大的特性之一，之所以重大是因为多线程并发编程将成为下一个十年的主题之一，对此C++小胡子Herb Sutter早有精彩的论述。

为什么在C++里面要想顺畅地进行多线程编程需要对标准进行修订（而不仅仅是通过现有的多线程库如POSIX、boost.Thread即可）呢？对此Hans Boehm在他的著名的超级晦涩难懂的paper——《Threads Cannot be Implemented as a Library》——里面其实已经详尽地阐述了原因，但是，一，尽管这篇paper被到处cite，newsgroup上面关于到底能不能用volatile来实现线程安全性这类问题还是争议不断。这方面就连C++牛魔王Andrei Alexandrescu都犯过错误，可见有多难缠。二，这篇paper很难读，一般人就算头悬梁锥刺股一口气读上N遍，一转眼的工夫就又成丈二和尚了。Memory-model与多线程是一个非常棘手的领域。记得Andrei Alexandrescu曾在一篇专栏文章里面提到，大意是说，泛型编程难、编写异常安全的代码更难，但跟多线程编程比起来，它们就都成了娃娃吃奶。