互斥的两个操作是否必须序列化？以C++多线程文件描述符场景为例

是的，必须保证close(fd)和use(fd)序列化执行，同时确保is_shutdown的状态检查与这两个操作的同步——不过不一定非要用传统临界区（比如mutex），但临界区是最直观、不易出错的实现方式。

为什么当前代码会出问题 #

你遇到的核心问题是缺乏线程间的同步关系：

• 虽然is_shutdown是原子变量，但默认的内存序（memory_order_seq_cst）只能保证全局操作顺序，无法确保t2的load能及时看到t1的store更新；
• 更关键的是，close(fd)和use(fd)可能并发执行，这本身就属于对文件描述符的非法操作，即便is_shutdown检查正常，也会导致未定义行为；
• 极端情况下，t1已经执行close(fd)，但由于CPU缓存延迟，t2的is_shutdown.load()仍读到false，进而执行use(fd)，触发非法访问。

可行解决方案 #

方案一：互斥锁实现临界区（推荐） #

用互斥锁将is_shutdown的修改、close(fd)与is_shutdown的检查、use(fd)包裹成互斥的临界区，从根本上避免并发问题：

#include <iostream>
#include <atomic>
#include <mutex>

void close(int);
void use(int);
int create();

int main(){
  std::atomic<bool> is_shutdown = false;
  std::mutex mtx;
  int fd = create();
  
  std::thread t1([&](){
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    is_shutdown.store(true);
    close(fd);
  });
  
  std::thread t2([&]{
     std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
     if(is_shutdown.load()){
         return;
     }
     use(fd);
  });
  
  t1.join();
  t2.join();
}

互斥锁的加解锁会自动建立线程间的同步：t1解锁后，t2加锁时能看到t1所有操作的最新结果，既解决了缓存一致性问题，也保证close和use不会同时执行。

方案二：原子内存序+条件变量（性能敏感场景） #

如果对性能有要求，不想用互斥锁，可以通过release/acquire内存序建立同步，再配合条件变量让t1等待t2完成操作后再关闭fd：

#include <iostream>
#include <atomic>
#include <condition_variable>

void close(int);
void use(int);
int create();

int main(){
  std::atomic<bool> is_shutdown = false;
  std::atomic<bool> t2_done = false;
  std::condition_variable cv;
  std::mutex cv_mtx;
  int fd = create();
  
  std::thread t1([&](){
    is_shutdown.store(true, std::memory_order_release);
    // 等待t2完成use或提前退出
    std::unique_lock<std::mutex> lock(cv_mtx);
    cv.wait(lock, [&]{ return t2_done.load(std::memory_order_acquire); });
    close(fd);
  });
  
  std::thread t2([&]{
     if(is_shutdown.load(std::memory_order_acquire)){
         t2_done.store(true, std::memory_order_release);
         cv.notify_one();
         return;
     }
     use(fd);
     t2_done.store(true, std::memory_order_release);
     cv.notify_one();
  });
  
  t1.join();
  t2.join();
}

release/acquire内存序确保t2能及时感知is_shutdown的更新，条件变量则保证t1不会在t2使用fd的过程中关闭它。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者xmh0511