单线程读单线程写一个变量是否一定要加锁

　　单线程读单线程写一个变量是否需要加锁，刚毕业的时候我会有这样的想法：一个线程只读并没有改变变量的值并不会有两个线程同时写一个变量产生竞态，所以不用加锁，但是工作中长者给我指导都是多线程必须加锁，所以我也没有深究这个问题，从来没有想过为什么。

　　过了一段时间后，了解到原子性这个概念，了解到虽然一个线程读一个线程写，但是因为对一个线程的写和读并非是原子的，读线程可能读到另外一个线程写到一半的值，所以要加锁来保护。但是上面的答案直到我看到下面的文章再一次被推翻了。

　　１分析很透彻的C/C++ 基本类型及是否需要多线程锁

　　２关于C++多线程程序中简单类型(int/bool)的安全性

　　３关于int全区变量读写的原子性

　　关于这个观点我也写了个测试发现结果是正确的（因为我测试环境是64位所以char,int,long读写都是原子的）


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//#include <memory>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
#include <zconf.h>
#include <vector>
#include <algorithm>using namespace std;char c_v = 0;
int i_v = 0;
long long l_v = 0;
float f_v = 0.0f;std::atomic_bool flag(true);void thread_func1() {while (flag){c_v = '1';i_v = 111111111;l_v = 111111111;f_v = 1111.11111;usleep(1);}
}void thread_func2() {while (flag){c_v = '2';i_v = 222222222;l_v = 222222222;f_v = 2222.22222;usleep(1);}
}void thread_func3() {while (flag){char tmpc = c_v;if(!(tmpc == '1' || tmpc == '2')){printf("char value read error %c\n",tmpc);}int tmpi = i_v;if(!(tmpi == 111111111 || tmpi == 222222222)){printf("int value read error %d\n",tmpi);}long tmpl = l_v;if(!(tmpl == 111111111 || tmpl == 222222222)){printf("long value read error %ld\n",tmpl);}float tmpf = f_v;if(!(tmpf == 1111.11111 || tmpf == 2222.22222)){printf("float value read error %f\n",tmpf);}usleep(1);}
}int main() {std::vector<thread> threads;for(int i = 0 ;i < 50 ; i++){threads.push_back(std::move(std::thread(thread_func1)));}for(int i = 0 ;i < 50 ; i++){threads.push_back(std::move(std::thread(thread_func2)));}std::thread check_thread(thread_func3);std::for_each(threads.begin(),threads.end(),[](std::thread& th) {th.join();});check_thread.join();return 0;
}

　　其实对于上面的问题有一个很好的解释就是：锁本身也是一个基本类型，如果锁的读写不是原子的，那谁来保证锁的线程安全，给锁再加个锁吗。

　　这样新的疑问诞生了，既然char,bool,int,读写是原子的，为什么也要加锁。关于这个问题又很多个关键点，首先是仍然是原子性问题比如a++，这个操作并非原子的如果两个线程同时进行这个操作可能会导致操作的丢失，所以如果多线程写没有争论必须要加锁或者使用atomic相关的操作来保证线程的安全性。不过我们这里讨论的是单线程读单线程写是否要加锁，对于非上面提到的基本了类型由于原子性的限制必须保证不能让多线程读到写线程写到一半的值所以必须要加锁。

　　保证了原子性后还有一个可见性问题，写线程改变了变量的值读线程不一定能够立马读到改变后的值，但是如果我们可以接受这种延时读取完全可以不做任何额外的处理（比如我们一个值表示当前的池子中的水位，我们写线程加水后把表示水位的值改变为新的状态我们读线程取水，这次取不到可以下次取），当然这个问题也可以通过voliate关键字来解决,最暴力的手段当然还是加锁。在我们可以保证了可见性之后还有一个比较头疼的问题就是cpu执行时的乱序问题，cpu乱序执行分为两个维度。第一个维度的乱序是对于不相干的计算乱序执行。譬如

MUL R1, R2
ADD R3, R4

乘法比加法需要更多的cycle，而这两个指令操作的寄存器没有任何依赖关系，所以可以乱序执行，不必等待MUL执行完以后再执行ADD。第二个维度是memory reordering。具体什么样的规则取决于硬件的内存模型。Intel x64的基础是一种叫做total store ordering（TSO）的模型，大概可以理解为，除了store-load可以reorder以外，其他的都不可以。就是说如果一个store先执行了然后是一个load，他们操作的地址也不同，就可以reorder。这样设计的目的主要是为了掩盖store的latency。具体的实现则是在CPU和缓存之间加一个store buffer（揭开内存屏障的面纱），store发生以后被放到store buffer，从store buffer出来以后才能对其他核可见（visible），来保证，最暴力的手段当然还是加锁。如果你并没有类似的依赖逻辑就是单纯的一个线程读，一个线程写，对于上面提到几一些基本变量你完全可以不做任何处理更不需要加锁。

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