多线程应用中GetProcessMemoryInfo及MemoryTester代码是否线程安全？

结论：这段代码并非线程安全，核心问题集中在静态成员变量s_memoryLimitInBytes的读写同步机制缺失上，具体问题如下：

1. 共享变量的读写存在原子性与可见性风险 #

静态变量s_memoryLimitInBytes被多线程共享，setMemoryLimitInBytes是写入操作，checkIfMemoryExceedsLimit、getMemoryLimitInBytes是读取操作：

• 虽然size_t的单次读写在x86/x64等平台可能表现为原子操作，但C++标准不保证其原子性，在弱内存模型的平台上可能出现部分写入的异常情况。
• 更关键的是可见性问题：一个线程修改变量后，其他线程可能因CPU缓存机制，无法立即读取到最新值，导致基于过期数据的错误判断。

2. 复合操作存在竞态条件 #

checkIfMemoryExceedsLimit函数包含两次对s_memoryLimitInBytes的读取：

if (s_memoryLimitInBytes == 0) { // 第一次读取
    return false;
}
return (getMemoryUseInBytes() > s_memoryLimitInBytes); // 第二次读取

两次读取之间，若有其他线程调用setMemoryLimitInBytes修改变量值，会直接破坏逻辑正确性：

• 比如线程A第一次读取到变量为0，准备返回false时，线程B将其设置为非0值，此时线程A本该执行内存检查却直接返回，失去了内存限制的作用。
• 反之，若第一次读取到非0值，但第二次读取前变量被改为0，会出现用内存使用量和0比较的错误判断。

3. 可安全使用的部分 #

getMemoryUseInBytes调用的Windows API（GetCurrentProcess、GetProcessMemoryInfo）本身是线程安全的，系统级API内部已处理多线程访问的同步逻辑，这部分不会引发线程安全问题。

修复建议 #

要实现线程安全，可通过两种方式处理：

• 使用C++标准库的std::atomic<size_t>替换普通size_t，原子类型可保证读写的原子性与可见性。
• 若需保证checkIfMemoryExceedsLimit这类复合操作的原子性，需添加互斥锁（如std::mutex），确保整个判断过程不被其他线程的写入操作打断。

原子类型修改示例 #

MemoryTester.h

#include <atomic>

class MemoryTester
{
public:
    static bool checkIfMemoryExceedsLimit();
    static void setMemoryLimitInBytes(size_t limit);
    static size_t getMemoryLimitInBytes();
    static size_t getMemoryUseInBytes();

private:
    static std::atomic<size_t> s_memoryLimitInBytes;
};

MemoryTester.cpp

#include "MemoryTester.h"
#include "windows.h"
#include "psapi.h"

std::atomic<size_t> MemoryTester::s_memoryLimitInBytes = 0;

bool MemoryTester::checkIfMemoryExceedsLimit()
{
    size_t limit = s_memoryLimitInBytes.load(std::memory_order_acquire);
    if (limit == 0)
    {
        return false;
    }
    return (getMemoryUseInBytes() > limit);
}

void MemoryTester::setMemoryLimitInBytes(size_t limit)
{
    s_memoryLimitInBytes.store(limit, std::memory_order_release);
}

size_t MemoryTester::getMemoryLimitInBytes()
{
    return s_memoryLimitInBytes.load(std::memory_order_acquire);
}

size_t MemoryTester::getMemoryUseInBytes()
{
    PROCESS_MEMORY_COUNTERS_EX pmc;
    GetProcessMemoryInfo(GetCurrentProcess(), (PROCESS_MEMORY_COUNTERS*)&pmc, sizeof(pmc));
    return pmc.PrivateUsage;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者SIMEL