对于“多线程访问同一个变量是否需要加锁”的研究

对于多线程访问同一变量是否需要加锁的问题，先前大家都讨论过。今天用代码验证了一下之前的猜想:32位CPU与内存的最小交换数据为4字节/次，这也是结构体要对齐4字节的原因。在物理上，CPU对于同一4字节的内存单元，不可能写2个字节的同时，又读了3字节。

测试环境为：

XEON 2CPU*2
Windows7

采用50,50,50线程交叉读写，试验代码如下：

int  g_test;
int  temp;
BOOL  g_bRunning;
DWORD  WINAPI thWriteProc1( LPVOID  lParam)
{
    while (g_bRunning)
    {
        g_test = 12345678;
        Sleep(1);
    }
    return  0;
}
DWORD  WINAPI thWriteProc2( LPVOID  lParam)
{
    while (g_bRunning)
    {
        g_test = 13579246;
        Sleep(1);
    }
    return  0;
}

DWORD  WINAPI thReadProc( LPVOID  lParam)
{
    while (g_bRunning)
    {
        temp = g_test; //读取值
        if  ( temp != 12345678 && temp != 13579246 )
        {
            g_bRunning = FALSE;
            CString str;
            str.Format( "read error!%d" , temp);
            AfxMessageBox(str);
            break ;
        }
        Sleep(1);
    }
    return  0;
}
void  CTestMultiyAccessIntDlg::OnButton1()
{
    g_bRunning = TRUE;
    for  (  int  i = 0; i < 50; i++ )
    {
        //创建50个写线程1
        CreateThread( NULL, 0, thWriteProc1, NULL, 0, NULL );
    }
    for  (  int  i = 0; i < 50; i++ )
    {
        //创建50个写线程2
        CreateThread( NULL, 0, thWriteProc2, NULL, 0, NULL );
    }
    for  (  int  i = 0; i < 50; i++ )
    {
        //创建50个读线程
        CreateThread( NULL, 0, thReadProc, NULL, 0, NULL );
    }
}

测试方法：
改变g_test的类型，给g_test赋予不同的值(不要超过类型的上限值)

测试现象：
当g_test为int,short char时，不存在多线程交叉读写错误的问题
当g_test为double, float, __int64时，存在多线程交叉读写错误的问题，对于__int64，当赋值小于0xFFFFFFFF时不出错，当大于0xFFFFFFFF时出错
当g_test为CString时，存在交叉读写错误，有时候程序崩溃
另：不加Sleep(1)机器卡死过，CPU占用率达到100%，4个核心占用率全满，可以保证运行在多核环境下

现象分析：
(1)int short char均为小于4字节的连续内存块，CPU一条指令就可以读写它们的值，CPU不可能同一个时间执行两条指令
(2)double为8字节，如果写线程先写了4字节，读线程读了8字节，这自然导致数据被破坏
(3)float也为4字节，我也不是太清楚为什么不行，可能是VC对浮点数的处理比较特殊有关，浮点数具有复杂内存结构
(4)__int64为8字节，存在和(2)相同的情况，如果__int64小于等于0xFFFFFFFF，相当于只改变了低4字节，因此就没有问题
(5)CString为类类型，具有复杂结构，显然不行

结论：
1.对于int,short,char,BOOL等小于等于4字节的简单数据类型，如果无逻辑上的先后关系，多线程读写可以完全不用加锁
2.尽管float为4字节，多线程访问时也需要加锁
3.对于大于4字节的简单类型，比如double,__int64等，多线程读写必须加锁。
4.对于所有复杂类型，比如类，结构体，容器等类型必须加锁

尽管对int等类型的多线程读写不需要加锁，但是逻辑上有必要加锁的还是应该加锁
例如：对于一个多线程访问的全局变量int g_test
int count = g_test/1024;
int mod = g_test%1024;
由于是两条语句，执行完第一条之后，别的线程很可能已经修改了g_test的值，如果希望这两条语句执行时，g_test不发生变化，就必须加锁，以保证两条语句执行的整体性。
Lock();
int count = g_test/1024;
int mod= g_test%1024;
UnLock();
如果不加锁，也可以改为先保存到一个临时变量里
int temp = g_test;
int count = temp/1024;
int mod = temp%1024;