C++11中的原子操作（atomic operation）

• 1. 原子操作
• 2. 自旋鎖
• 3. 原子操作和使用互斥鎖和自旋鎖的速度對(duì)比

1. 原子操作

??所謂的原子操作，取的就是“原子是最小的、不可分割的最小個(gè)體”的意義，它表示在多個(gè)線程訪問同一個(gè)全局資源的時(shí)候，能夠確保所有其他的線程都不在同一時(shí)間內(nèi)訪問相同的資源。
??我們?cè)谠硬僮髦霸诙嗑€程同步中防止發(fā)生數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的操作是加互斥鎖，但互斥鎖是操作系統(tǒng)這一層級(jí)的，最終映射到CPU上也是一堆指令，是指令就必然會(huì)帶來(lái)額外的開銷；既然CPU指令是多線程不可再分的最小單元，那我們?nèi)绻修k法將代碼語(yǔ)句和指令對(duì)應(yīng)起來(lái)，不就不需要引入互斥鎖從而提高性能了嗎? 而這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系就是所謂的原子操作；
??在新標(biāo)準(zhǔn)C++11，引入了原子操作的概念，并通過這個(gè)新的頭文件提供了多種原子操作數(shù)據(jù)類型，例如，atomic_bool,atomic_int等等，如果我們?cè)诙鄠€(gè)線程中對(duì)這些類型的共享資源進(jìn)行操作，編譯器將保證這些操作都是原子性的，也就是說，確保任意時(shí)刻只有一個(gè)線程對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問，編譯器將保證，多個(gè)線程訪問這個(gè)共享資源的正確性。從而避免了鎖的使用，提高了效率。

2. 自旋鎖

??自旋鎖是一種基礎(chǔ)的同步原語(yǔ)，用于保障對(duì)共享數(shù)據(jù)的互斥訪問。與互斥鎖的相比，在獲取鎖失敗的時(shí)候不會(huì)使得線程阻塞而是一直自旋嘗試獲取鎖。當(dāng)線程等待自旋鎖的時(shí)候，CPU不能做其他事情，而是一直處于輪詢忙等的狀態(tài)。
??自旋鎖主要適用于被持有時(shí)間短，線程不希望在重新調(diào)度上花過多時(shí)間的情況。實(shí)際上許多其他類型的鎖在底層使用了自旋鎖實(shí)現(xiàn)，例如多數(shù)互斥鎖在試圖獲取鎖的時(shí)候會(huì)先自旋一小段時(shí)間，然后才會(huì)休眠。如果在持鎖時(shí)間很長(zhǎng)的場(chǎng)景下使用自旋鎖，則會(huì)導(dǎo)致CPU在這個(gè)線程的時(shí)間片用盡之前一直消耗在無(wú)意義的忙等上，造成計(jì)算資源的浪費(fèi)。

自旋鎖相關(guān)API：

int pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *, int); //初始化自旋鎖 int pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *); //獲得一個(gè)自旋鎖 int pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *); //嘗試獲取一個(gè)自旋鎖 int pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *);//釋放（解鎖）一個(gè)自旋鎖 int pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t *); //銷毀一個(gè)自旋鎖

使用自旋鎖注意：
??由于自旋時(shí)不釋放CPU，因而持有自旋鎖的線程應(yīng)該盡快釋放自旋鎖，否則等待該自旋鎖的線程會(huì)一直在哪里自旋，這就會(huì)浪費(fèi)CPU時(shí)間。

持有自旋鎖的線程在sleep之前應(yīng)該釋放自旋鎖以便其他線程可以獲得該自旋鎖

3. 原子操作和使用互斥鎖和自旋鎖的速度對(duì)比

單線程無(wú)鎖速度最快，但應(yīng)用場(chǎng)合受限；

多線程無(wú)鎖速度第二快，但結(jié)果不對(duì)，未保護(hù)臨界代碼段；

多線程原子鎖第三快，且結(jié)果正確；

多線程互斥量較慢，慢與原子鎖近10倍，結(jié)果正確；

多線程自旋鎖最慢，慢與原子鎖30倍，結(jié)果正確。

結(jié)論：原子鎖速度最快，互斥量和自旋鎖都用保護(hù)多線程共享資源。


??自旋鎖是一種非阻塞鎖，也就是說，如果某線程需要獲取自旋鎖，但該鎖已經(jīng)被其他線程占用時(shí)，該線程不會(huì)被掛起，而是在不斷的消耗CPU的時(shí)間，不停的試圖獲取自旋鎖。
??互斥量是阻塞鎖，當(dāng)某線程無(wú)法獲取互斥量時(shí)，該線程會(huì)被直接掛起，該線程不再消耗CPU時(shí)間，當(dāng)其他線程釋放互斥量后，操作系統(tǒng)會(huì)激活那個(gè)被掛起的線程，讓其投入運(yùn)行。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++11中的原子操作（atomic operation）和自旋锁的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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