方法中的 While 循环卡住了。向自身添加字段分配可以解决问题

Question

开始我们的 Semaphore 项目时，我给了我的学生一个错误版本的 p() 方法：

proc p() {
    while (this.tokens <= 0) {
        sleep(1);
        writeln("Tokens: ", this.tokens);
    }
    this.tokens -= 1;
}

我给了他们一些额外的代码来测试它，它会增加另一个线程中的令牌数量（使用 v() 方法）。您可以看到令牌的数量在增加（超过 0），但是代码没有退出 while 循环。

一时兴起，加了一条赋值语句：

proc p() {
    while (this.tokens <= 0) {
        this.tokens = this.tokens;
        sleep(1);
        writeln("Tokens: ", this.tokens);
    }
    this.tokens -= 1;
}

这解决了测试运行中的问题（尽管线程安全性更低）。为什么原来的while循环会卡住，为什么加这个赋值就解决了？

Answer 1

假设 p() 和 v() 被不同的任务调用，不能保证在一个任务中写入非原子 this.tokens 会被另一个任务看到.

一个解决方案是使 tokens 成为原子并具有类似的东西：

proc p() {
  while (this.tokens.read() <= 0) {
    sleep(1);
    writeln("Tokens: ", this.tokens.read());
  }
  this.tokens.sub(1);
}

当 tokens 不是原子的时，编译器可以自由假设 tokens 不会被其他任务修改，因此它可能会将您的代码转换为：

var tokenTemp = this.token;
while (tokenTemp <= 0)
...

并将写入插入 token 可防止提升。也就是说，即使写入 token，它仍然是 invalid/illegal/undefined 代码，将来很容易被一些 compiler/processor 重新排序所绊倒。

该代码是非法的，因为它违反了 Chapel 的内存一致性模型 (MCM)。具体来说，这是一场数据竞赛，而 Chapel 仅确保无数据竞赛程序的顺序一致性。

内存一致性模型在语言规范中定义（https://chapel-lang.org/docs/1.16/_downloads/chapelLanguageSpec.pdf 中的第 30 章）。它有一个很好且非常易于理解的介绍段落。也就是说，由于它是一种语言规范，因此本章的其余部分非常枯燥且技术性强，因此它可能不是开发人员学习的最佳场所。

如需更简短的概述，请查看 https://chapel-lang.org/CHIUW/2015/hot-topics/01-Ferguson.pdf（尤其是幻灯片 10）。

除此之外，Chapel 的内存模型基于 C11/C++11、Java、UPC 等。如果您查找 "C++11 memory model"、"data race free program" 或 "sequential consistency"

，那里有许多很棒且易于访问的文章

方法中的 While 循环卡住了。向自身添加字段分配可以解决问题

While loop in a method gets stuck. Adding an assignment of a field to itself fixes the issue

chapel