C++ 20 内存模型(一)

多线程的基础是优秀的内存模型

C++20 内存模型:

• 高复杂性, 难以理解
• 对多线程有更深入的理解

内存布局

位域

member_name成员名, width bit 宽度

struct bit_field_name
{
    type member_name : width;
};
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struct my_struct
{
	char a;
	int b : 5; // 最大存储 2^5 ,只使用低五位节约空间...
	int c : 11,
		: 0,
		d : 8;
	int e;
	double f;
	string g;
};
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位域的对齐

不允许跨越 uint 大小的区域

struct my_struct2
{
	char a;
	int c : 30;
	int b : 5;
};
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c: 30 bit + 空2 bit + b 5 bit

例子:

#include 
#include 
using namespace std;

struct my_struct
{
	char a;
	int b : 5;
	int c : 11,
		: 0,
		d : 8;
	int e;
	double f;
	string g;
};


int main(int argc, char* argv[])
{
	my_struct s{
		.a = 'a',
		.b = 1,
		.c = 2,
		.d = 3,
		.e = 4,
		.f = 5.0,
		.g = "hello"
	};
	cout << &s << endl;
	cout << "sizeof(my_struct) = " << sizeof(my_struct) << endl;
}
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使用内存查看工具查看内存

**这种方式可以解决内存伪共享问题: **

来举一个java多线程的例子

class MyObject
{
private long a;
private long b;
private long c;
}
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按照Java规范，MyObject的对象是在堆内存上分配空间存储的，而且a、b、c三个属性在内存空间上是近邻，如下所示。

a（8个字节） b（8个字节） c（8个字节）

我们知道，X86的CPU中Cache Line的长度为64字节，这也就意味着MyObject的3个属性（长度之和为24字节）是完全可能加载在一个Cache Line里的。如此一来，如果我们有两个不同的线程（分别运行在两个CPU上）分别同时独立修改a与b这两个属性，那么这两个CPU上的Cache Line可能出现如下所示的情况，即a与b这两个变量被放入同一个Cache Line里，并且被两个不同的CPU共享。

根据MESI协议的相关知识，我们知道，如果Thread 0要对a变量进行修改，则因为CPU 1上有对应的Cache Line，这会导致CPU 1的Cache Line无效，从而使得Thread 1被迫重新从Memory里获取b的内容（b并没有被其他CPU改变，这样做是因为b与a在一个Cache Line里）。同样，如果Thread 1要对b变量进行修改，则同样导致Thread 0的Cache Line失效，不得不重新从Memory里加载a。如此一来，本来是逻辑上无关的两个线程，完全可以在两个不同的CPU上同时执行，但阴差阳错地共享了同一个Cache Line并相互抢占资源，导致并行成为串行，大大降低了系统的并发性，这就是所谓的Cache伪共享。