互斥锁(mutex)是否保证线程一定会将更新值写入主存？

问题a解答 #

对，所有符合工业标准的互斥锁实现，都会附带内存屏障语义保证可见性：

• 互斥锁lock操作自带acquire内存屏障，保证拿锁后读取的共享变量都是最新值
• 互斥锁unlock操作自带release内存屏障，保证临界区内对共享变量的所有修改，在释放锁之前全部同步到缓存一致性域，效果等价于最终写入主存，不会仅停留在当前线程的寄存器或者私有缓存中不对外暴露。下一个成功获取同一把锁的线程，一定能看到上一个持有锁线程对被保护变量的全部修改。

问题b解答 #

这个推论不成立，完全不等效于无缓存状态：
互斥锁的可见性保证底层依赖CPU的缓存一致性协议（比如常见的MESI协议）实现，没有禁用CPU缓存。被保护的变量在临界区运行期间仍然会保留在CPU缓存中，只是当其他核心需要访问该变量时，缓存一致性协议会自动同步不同核心的脏缓存行，不需要经过主存就能拿到最新值。我们说的“写入主存”只是逻辑上的抽象效果，不是实际的底层行为。

问题c解答 #

即使问题b的推论不成立，临界区仍然属于开销较高的代码段，需要尽可能精简：

• 互斥锁的lock/unlock操作本身需要执行原子指令和内存屏障，执行开销是普通算术指令的几十到上百倍
• 如果出现多线程锁竞争，拿不到锁的线程会陷入内核态阻塞，触发上下文切换，开销会再上升几个数量级
  如果临界区代码过长，会大幅提升锁竞争的概率，导致大量线程阻塞等待，整体程序吞吐量暴跌。因此不管有没有主存读写开销，都建议仅把操作共享变量的必要逻辑放在临界区内，无关逻辑全部移到锁外执行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Physician