指针变量周围是否需要互斥锁？

Question

涉及指针间接（其中指针指向属于关键部分的数据）的代码部分是否需要互斥锁？示例代码：

struct list {
    int i;
    struct list *next;
};

int modify_second_elem(struct list *head, int val);
void * func1(void *ptr);
void * func2(void *ptr);

int modify_second_elem(struct list *head, int val) {

    if(head == NULL)
        return 1;

    /* Check to see if second element exists.
       Here, I am using indirection to get the next pointer.
       Would I need synchronization here? */
    if(head->next == NULL)
        return -1;

    pthread_mutex_lock(&list_lock);
    (head->next)->i = val;
    pthread_mutex_unlock(&list_lock);

    return 0;

}

void * func1(void *ptr) {
    struct list *head;
    head = (struct list *) ptr;
    modify_second_elem(head, 4);
}

void * func2(void *ptr) {
    struct list *head;
    head = (struct list *) ptr;
    modify_second_elem(head, 6);
}

void main() {
    struct list *el1, *el2, *el3;
    pthread_t th1, th2;

    el1 = (struct list *) malloc(sizeof(list));
    el2 = (struct list *) malloc(sizeof(list));
    el3 = (struct list *) malloc(sizeof(list));

    el1->i = 1;
    el1->next = el2;
    el2->i = 2;
    el2->next = el3;
    el3->i = 3;
    el3->next = NULL;

    pthread_create(&th1, NULL, &func1, (void *) el1);
    pthread_create(&th2, NULL, &func2, (void *) el1);

    pthread_join(th1, NULL);
    pthread_join(th2, NULL);

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

Answer 1

没有提供足够的信息来给出真正好的答案。 s 如何“发布”到其他线程？其他线程如何“订阅”s？ struct 对象存储在什么数据结构中？

因此，我将给出一个通用的答案：

线程之间共享的每种数据都需要同步。这包括共享指针。

关于指针：

您可能听说过，在一些常见的 CPU 上，正确对齐的指针的加载/存储是原子的（并非所有 CPU 或所有类型的指针都是如此，例如：x86 上的远指针是非原子的）。如果您对 CPU/VM 内存模型没有透彻的了解，请远离使用此方法，如果您不采用锁，则可能会出现许多微妙的问题（锁提供了相当强的保证）。

编辑：

在您的示例中， th1 和 th2 都不会修改列表，它们只修改列表的元素。因此，在这种特定情况下，您不需要锁定列表，只需锁定列表的元素（指针概念上属于链表实现）。

在更典型的情况下，一些线程将遍历列表，而其他线程将修改列表（添加和删除元素）。这需要锁定列表，或者使用某种无锁算法。

有多种方法可以实现这种锁定。

• 对列表进行全局锁定，并将其也用于列表的元素。
• 使用分层锁定，在列表上加锁，并在每个元素上加锁。要读取/修改一个元素，您首先需要在列表上加锁，找到该元素，获取该元素的锁，释放列表的锁，处理该元素，最后释放该元素的锁。如果您需要对元素进行一些复杂的处理并且不想阻止其他线程访问列表，这非常有用。 您必须注意始终以相同的顺序获取锁，以避免死锁。

Answer 2

锁用于保护代码中的关键部分。如果您的变量位于临界区，那么您将需要使用某种锁来保护它。

Answer 3

这取决于您对 s 可能进行的其他操作。例如，另一个线程根据 s->i 修改 s->c 的值：

if (s->i == 1) {
    s->c = 'x';
} else {
    s->c = 'y';
}

在这种情况下，您不能省略互斥锁，否则您可能会遇到s->i 均设置为 1，s->c 均设置为“y”。

Answer 4

锁用于保护关键部分。它与变量是否是指针无关。

就您而言，您不需要锁定该支票。由于 s 是一个参数，因此无法从函数外部访问它。但是，它指向的数据对于您的函数来说不是本地的，因此您可能需要锁定对该数据的访问。