【C++多线程】std::atomic<T>

面向的问题

　　对简单临界资源的访问，如果使用mutex开销较大。

　　如有两个线程，对一个变量进行操作，一个线程读这个变量的值，一个线程往这个变量中写值。即使是一个简单变量的读取和写入操作，如果不加锁，也有可能会导致读写值混乱（一条语句可能会被拆成3、4条汇编语句来执行，所以仍然有可能混乱）

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std;
int g_count = 0;
 
void mythread1() {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        g_count++;
    }
}
 
int main() {
    std::thread t1(mythread1);
    std::thread t2(mythread1);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "正常情况下结果应该是200 0000次，实际是" << g_count << endl;
}

 　　使用std::mutex来解决上述对临界资源访问的问题。结果正常，但是每一次循环都要加锁解锁是的程序开销很大。

 

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;
int g_count = 0;
std::mutex mymutex;

void mythread1() {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        std::unique_lock<std::mutex> u1(mymutex);
        g_count++;
    }
}
 
 
int main() {
    std::thread t1(mythread1);
    std::thread t2(mythread1);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "正常情况下结果应该是200 0000次，实际是" << g_count << endl;
}

std::atomic<T>

　　std::atomic<T>包含在头文件<atomic>中。可以把原子操作理解成一种：不需要用到互斥量加锁（无锁）技术的多线程并发编程方式。原子操作：在多线程中不会被打断的程序执行片段。从效率上来说，原子操作要比互斥量的方式效率要高。互斥量的加锁一般是针对一个代码段，而原子操作针对的一般都是一个变量。原子操作，一般都是指“不可分割的操作”；也就是说这种操作状态要么是完成的，要么是没完成的，不可能出现半完成状态。std::atomic来代表原子操作，是个类模板。其实std::atomic是用来封装某个类型的值。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
using namespace std;
std::atomic<int> g_count = 0; //封装了一个类型为int的 对象（值）

void mythread1() {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        g_count++;
    }
}
 
int main() {
    std::thread t1(mythread1);
    std::thread t2(mythread1);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "正常情况下结果应该是200 0000次，实际是" << g_count << endl;
}

 

 一般atomic原子操作，针对++，–，+=，-=，&=，|=，^=是支持的，其他操作不一定支持。如下使用g_count = g_count + 1就会产生错误。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
using namespace std;
std::atomic<int> g_count = 0; //封装了一个类型为int的 对象（值）
 
void mythread1() {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
         //虽然g_count使用了原子操作模板，但是这种写法既读又写，
         //会导致计数错误
             g_count = g_count + 1;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(mythread1);
    std::thread t2(mythread1);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "正常情况下结果应该是200 0000次，实际是" << g_count << endl;
}

　　其他需要注意的地方

std::atomic<int> atm = 0;
 
cout << atm << endl;

　　这里只有读取atm是原子操作，但是整个这一行代码 cout << atm << endl; 并不是原子操作，导致最终显示在屏幕上的值是一个“曾经值”。

std::atomic<int> atm = 0;
 
auto atm2 = atm; //不可以

　　这种拷贝初始化不可以，会报错。

atomic<int> atm2(atm.load());

　　load()：以原子方式读atomic对象的值。

atm2.store(12);

　　store()：以原子方式写。

参考

https://blog.csdn.net/qq_38231713/article/details/106093115