C++ 在多个线程之间频繁传递值的最佳体系结构是什么？

我正在用C++14编写一个应用程序，它由一个主线程和多个从线程组成。主线程协调从属线程，从属线程协调执行搜索，每个线程探索搜索空间的一部分。从属线程有时会在搜索时遇到绑定。然后它将该绑定传递给主线程，主线程将该绑定发送给所有其他从线程，以便它们可以缩小搜索范围

从线程必须非常频繁地检查是否有新的绑定可用，可能在循环的入口

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将绑定通信到从线程的最佳方式是什么？我可以考虑使用std:：atomic，但我担心在循环中读取变量时会带来性能影响。

基本上，您可以用您的体系结构打赌，对原始数据类型的一次写入就是原子的。由于您只有一个writer，如果您使用volatile关键字来阻止编译器优化（可能只在本地缓存中对其执行更新），那么您的程序将不会中断

然而，每个人都认真对待做正确的事情，TM会告诉你其他的。看看这篇文章，可以得到一个非常好的风险评估：

所以如果你想站在安全的一边，我建议你遵循C++标准。由于C++标准不保证任何原子性，即使对于最简单的操作，也会使用STD：：原子。但老实说，我不认为这太糟糕。当然有一个锁涉及，但你可以平衡阅读频率的好处是知道新的边界早

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为了防止轮询原子变量，您可以使用POSIX信号机制通知从属线程更新，确保它与您正在编程的平台一起工作。如果这对性能有好处或没有好处，则需要观察。

这里最简单的方法是我不要过度考虑这一点。只需为每个线程使用std:：mutex，即可保护边界信息所在的std:：队列。让主线程等待每个子线程都可以锁定的std:：condition_变量，写入一个新的边界队列，然后向te cv发送信号，然后主线程将其唤醒，并将该值一次复制到每个子线程。正如您在问题中所说，在循环的顶部，子线程可以检查其特定于线程的队列，以查看是否存在其他边界条件

实际上，您不需要在本教程中使用主线程。您可以让孩子们直接写入所有其他孩子们的队列，但仍然受互斥保护，只要您小心避免死锁，它也会这样工作

所有这些类都可以在线程支持库中看到，并提供了适当的文档

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是的，有一些基于中断的方法，但在这种情况下，轮询相对便宜，因为在一个互斥体上没有太多的线程，但主要是线程特定的互斥体，互斥体快速锁定、检查和解锁并不那么昂贵。你没有长时间的坚持，所以这没关系。这真的有点像一个测试：你需要无锁的额外复杂性吗？如果它只有十几个或更少的线程，那么可能不会。

这实际上非常简单。你只需要知道事情是如何运作的，就可以确信简单的解决方案不会被打破。因此，您需要两件事： 1.确保每次访问变量时都将其写入/读取内存。 2.确保以原子方式读取，这意味着您必须一次性读取完整值，或者如果不是自然读取，则进行廉价测试以验证。 要处理1，您必须声明它为volatile。确保volatile关键字应用于变量本身。不是那样的。 要解决2，它取决于类型。在x86/64上，对整数类型的访问是原子性的，只要它们与大小一致。也就是说，int32_t必须与4位边界对齐，int64_t必须与8字节边界对齐。 所以你可能有这样的想法：

如果bounds变量在结构中更复杂，但仍适合64位，则可以将其与uint64_t合并，并使用与上述相同的属性和volatile。 如果它对于64位来说太大，您将需要某种锁来确保您没有读取半陈旧的值。对于您的环境，单编写器、多个读卡器的最佳锁定是序列锁定。序列锁只是一个volatile int，如上所述，用作数据的版本。它的值从0开始，并在每次更新时提前2。在更新受保护的值之前，将其递增1，然后再递增1。最终结果是偶数是稳定状态，奇数是瞬时值更新。在读卡器中，您可以执行以下操作： 1.阅读版本。如果未更改-返回 2.读到你得到一个偶数 3.读取受保护的变量 4.再读一遍这个版本。如果你得到 和以前一样，你很好 5.否则-返回到步骤2 这实际上是我下一篇文章的主题之一。我将在C++中实现并让你知道。同时，您可以查看linux内核中的seqlock。 另一个注意事项是，在内存访问之间需要设置编译器屏障，这样编译器就不会对本来不应该进行的事情重新排序。在gcc中，您就是这样做的：

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是只有一个int需要通信，还是有一个完整的数据结构？在你的例子中，我认为一个好的选择是原子式的，内存顺序是宽松的。因此使用val.loadmemory_order_轻松；和val.storenewval，内存顺序松弛；。原子保护您不受未定义行为的影响，而内存屏障在保持写/读操作原子化的同时避免了巨大的性能影响，如“不可分割”中所示。如果有新的边界可用，为什么必须频繁地进行从机检查？特别是当另一个线程只是偶尔遇到一个新的绑定时？请注意，一个线程不能依赖另一个线程查找绑定线程，因为绑定线程可以以任何顺序运行，因此这些绑定只能作为优化。可供探索的搜索空间更小。我同意记忆的顺序，放松——偶尔错过一次也没关系。我不确定的一件事是，你的界是一个单原子int还是更多。因为一对原子int不是一对原子int。从std:：atomic读取时，除了编译器优化之外，x86上的开销为零。如果您需要更有针对性的建议，我建议您提供有关应用程序的更多信息，例如代码的相关部分、正在运行的硬件，特别是线程数、问题大小、性能要求……我会说得更有力一些。如果int在您的平台上是原子的，那么使用原子将是便宜的。当原子是昂贵的，使用int作为原子将是错误的。所以就用原子。它不仅是安全的，而且是最快的安全解决方案。您没有抓住要点：问题不在于对int的写入可能不是原子的，您可能会看到部分更新。问题是，如果编译器不影响单线程程序的正确执行，那么它可以优化掉对非原子变量的任何读写操作。例如，编译器可以将全局非原子变量上的自旋锁转换为无止境循环或nop，具体取决于该变量的初始状态。特别是对bounds变量的写入不能保证发布到其他线程。事实上，我非常清楚这一点，使用volatile关键字可以避免这种优化。那么也许你可以在回答中提到这一点？不是每个读过你文章的人都知道这一点。但是，当你可以轻松解决原子问题时，为什么还要有互斥锁等开销呢？因为如果有多个边界条件呢？您不只是对所有线程的最新更新感兴趣，而是对所有线程都感兴趣。使用原子只能让线程看到最新的值，这可能还不够。@Kevin Anderson，我认为在这种情况下，我们只关心最后一个状态，而不是所有状态。与单个编写器场景相比，互斥将有巨大的开销。@BitWhistler-如果是真的，那么我同意，原子可能是最好的。但是如果需要所有的值，那么您需要更多的值。虽然可以说，如果你有多个编写器，每个线程都可以写，那么如果两个线程读40，一个线程有35个线程要写，一个线程有37个线程呢？即使在那时，你仍然会遇到问题。35可能是正确的，但37可能会被写进去。你仍然使用原子，但是你也需要使用函数。这个答案是错误的。x86/64访问整数类型时的语句是原子的，只要它们与大小一致。是完全错误的。@fsaintjacques，在作出此类评论之前，您应该阅读《英特尔软件开发人员手册》第3卷：8.2.3.1中的“关于多处理器计算机中的内存排序”部分，“英特尔64内存排序模型”保证，对于以下每个内存访问指令，组成内存操作似乎作为单个内存访问执行：读取或写入地址在4字节边界上对齐的双字4字节的指令读取或写入地址在8字节边界上对齐的四字8字节的指令。对齐存储、易失性、小于64位的类型和手动内存屏障的组合将完成这项工作，这是正确的，但也是最糟糕的、容易出错的方法。只需使用c++11的原子或本质。它们都比你的构造更有效，也更不容易出错。@MikeMB，最糟糕的方法是不知道事情是如何运作的。如果您想要一个快速的低级实现，那么您必须知道事情是如何工作的，然后使用asm、intrinsics或c++11原子并不重要。C++11不会提高效率，因为它们只是编译器内部函数或asm的包装器。我会看看那些普通人 ted asm验证是否没有冗余锁或cmp/exch。@BitWhistler:…大概是最坏的情况。。。可能太苛刻了，对此我很抱歉。但是，即使是有经验的程序员也会犯错误，而且他们需要编写和审阅的代码越多，错误就越有可能存在，即使程序员——理论上——知道指令的作用以及它们如何交互。b它是不可移植的，甚至从标准的角度来看可能是UB c你可能不需要一个完整的编译器围栏，所以d这是不可能的，但是你可能会禁用有效的编译器优化，这会使你的代码更快。

struct Params {
  volatile uint64_t bound __attribute__((aligned(8)));
};

asm volatile ("":::"memory");