多核环境下多线程操作原子变量是否需加锁及实现方案

结论先行 #

你给出的场景不需要额外加锁，原子操作的设计本身就覆盖了多核并发访问的场景。

原理说明 #

• 原子操作的底层是通过CPU提供的原子指令（比如X86的LOCK前缀指令）实现的，不管是单核还是多核环境，CPU都会保证单个原子操作（atomic_load、atomic_store这类单次读写操作）的不可拆分性，多个核心同时对同一个原子变量发起原子操作时，CPU会自动协调总线/缓存一致性，保证不会出现读写撕裂、半写的问题。
• 你当前的代码里只有单次的原子存储和单次原子加载操作，没有「读-改-写」的复合操作逻辑，也没有依赖多个原子操作的连续执行顺序（如果有顺序要求只需要调整内存序即可，也不需要加锁），所以完全不需要额外加锁。

需要额外加锁的原子操作场景 #

只有出现以下情况时，才需要给原子变量的访问加锁：

• 需要执行多个原子操作的组合逻辑，要求整个组合逻辑整体原子执行
• 需要对原子变量执行非原子的复合操作，比如先读、计算、再写，且没有对应的「读-改-写」原子接口可用（atomic_fetch_add这类本身就是原子的读改写操作也不需要加锁）

你提供的伪代码正确性说明 #

你贴的三个线程代码仅需要补全一处赋值逻辑就是完全安全的：

thread_1_function()
{
     ...
     //End of use
     atomic_store(&v, 1);
     ...
}
thread_2_function()
{
     ...
     atomic_store(&v, 2);
     ...
}
thread_3_function()
{
     ...
     // 原代码漏了赋值给i的逻辑，补充后逻辑完全合法
     int i = atomic_load(&v);
     if (i == 1)  {...}
     else if (i == 2) {...} 
     ...
}

不管thread1和thread2运行在哪个核心上，atomic_store写v的操作都是原子的，不会出现v一半是1一半是2的异常值；thread3的atomic_load读到的要么是1、要么是2、要么是v的初始值，一定是合法的完整值，不需要加锁就可以安全运行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者guoyanzhang