轮询锁是实现临界区的正确方法吗？

Question

如果我有一个关键部分，我必须实现一种锁定它的方法。我看到了以下变体：

while(lock)
{
    //do nothing
}
lock = true;
// code of critical section
lock = false;

然而，我对此持怀疑态度，因为理论上，多个线程可以执行while(lock)（检查并查看它是否等于false），并一起进入临界区，因为while(lock)和lock = true;不是在一个连续的块中执行。 我错了吗？还是这确实是一种不安全的方法？

- Fy Zn

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你需要一个锁，所以使用锁。 - David Heffernan

Answer 1

你说得没错，这不安全。除此之外就没有更多的话可说了。

编辑：不，确实没有更多关于这个构造的话可说了。这不是自旋锁，也不像自旋锁。要使用自旋锁，需要类似以下的东西：

// note: incomplete, not reentrant, not intended for real use
atomic_type spin_lock = 0;

// enter the spin lock:
int prev_value;

while ((prev_value = test_and_set(&spin_lock, 1)) != 0 || spin_lock != 1)
    ;
// code of critical section

// release the spin lock:
test_and_set(&spin_lock, 0);

重要的一点在于，为了进入自旋锁，你需要以原子方式获取之前的值并设置新值。然后你必须验证你对锁的写操作将其从“未拥有”状态更改为“已拥有”状态。

- Jerry Coffin

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你说得没错，但只涉及到第一个句子，还有很多需要讲述的。 - Jens Gustedt

@JensGustedt：关于线程安全编程等方面，当然还有很多要说的，但是关于这个特定结构，就没有更多可说的了。 - Jerry Coffin

Answer 2

这是“几乎安全”的，也就是根本不安全。它所缺少的正是你所看到的 - 多个线程可能会看到 lock == false 并进入临界区。它需要一个原子操作，必须由硬件支持 - 一种保证只有一个执行线程可以获取锁的方法。

话虽如此，如果你编写的系统可以经受住互斥失败，并且能够在通常情况下正常工作，偶尔出现故障（例如日志记录或其他东西，偶尔的错误条目不一定会导致完全故障），那么这种模式可能“有点”可行...

- twalberg

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它需要一个原子操作，这必须由硬件支持。这应该是汇编代码中的一条指令，或者有现成的机制可以实现吗？ - Fy Zn

这是CPU指令集中的一条指令（或其中之一）。它可以通过原始汇编代码访问，或者如果您的编译器支持此类结构，则可以通过内联汇编代码访问。更好的方法是利用已经编写了正确例程的线程/并发库，但您没有提到这是带有gcc的Linux还是带有VC ++的Windows或其他什么系统... - twalberg

好的，谢谢，我会深入研究的。我正在使用Embarcadero RAD Studio C++ Builder 2010。 - Fy Zn

Answer 3

你正在尝试实现的是所谓的自旋锁。新的C标准，C11，实现了一种原始数据类型叫做atomic_flag，可以像这样使用。几乎所有现代硬件都支持它，但不幸的是大多数编译器还没有完全支持它的语法层面，而是有自己的扩展。例如，gcc有内置函数__sync_lock_test_and_set和__sync_lock_release可用于此。

- Jens Gustedt

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这不是自旋锁，甚至也不太像自旋锁。 - Jerry Coffin