c++中的原子操作

1. c/c++标准中没有定义任何操作符为原子的，操作符是否原子和平台及编译器版本有关

2. GCC提供了一组内建的原子操作，这些操作是以函数的形式提供的，这些函数不需要引用任何头文件

　　2.1 对变量做某种操作，并且返回操作前的值，总共6个函数：

　　　　type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...)    加减运算 相当于  tmp = *ptr;  *ptr += value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...)    加减运算 相当于  tmp = *ptr;  *ptr -= value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...)       逻辑运算 相当于  tmp = *ptr;  *ptr |= value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...)     逻辑运算 相当于  tmp = *ptr;  *ptr &= value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...)     位运算 相当于  tmp = *ptr;  *ptr ^= value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...)   位运算 相当于  tmp = *ptr; *ptr = ~(tmp & value); return tmp;

           注意，__sync_fetch_and_nand在GCC的4.4版本之前语义并非如此，而是 tmp = *ptr; *ptr = ~tmp & value; return tmp;

　　2.2 对变量做某种操作，并且返回操作后的值，总共6个函数，和前面的6个函数完全类似：

　　　　type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

　　　　type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

　　　　type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

　　　　type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

　　　　type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

　　　　type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

　　2.3 把变量的值和某个值比较，如果相等就把变量的值设置为新的值，总共2个函数：

　　　　bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)   

　　　　　　返回是否相等，相当于

　　　　　　　　　if ( *ptr == oldval ) {*ptr = newval; return true;}

                          else {return false;}

　　　　type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)

　　　　　　返回修改前的值，相当于

　　　　　　　　　tmp = *ptr 

　　　　　　　　　if ( *ptr == oldval ) { *ptr= newval; }

                          return tmp ;

　　2.4 锁定测试-设置 及 解锁，总共2个函数： 

　　　　type __sync_lock_test_and_set (type *ptr, type value, ...)

　　　　　　把变量的值设置为新值，并返回设置前的值，相当于tmp = *ptr; return tmp

　　　　void __sync_lock_release (type *ptr, ...)  

　　　　　　把变量的值设置为0，相当于 *ptr = 0  通过查看汇编代码，可以看出这个函数使用了内存屏障，然后再把变量的值置为0

            这两个函数可以实现自旋锁

3. 自旋锁的实现：boost实现如下，在spinlock_sync.hpp 

class spinlock
{
public:
    int v_;
public:

    bool try_lock()
    {
        int r = __sync_lock_test_and_set( &v_, 1 );
        return r == 0;
    }

    void lock()
    {
        for( unsigned k = 0; !try_lock(); ++k )
        {
            //等待一些指令周期
            boost::detail::yield( k );
        }
    }

    void unlock()
    {
        __sync_lock_release( &v_ );
    }
};

 

悲观锁和乐观锁
独占锁是一种悲观锁，synchronized就是一种独占锁，它假设最坏的情况，并且只有在确保其它线程不会造成干扰的情况下执行，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。而另一个更加有效的锁就是乐观锁。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。

CAS操作
Compare and Swap，比较并操作，CPU指令，在大多数处理器架构，包括IA32、Space中采用的都是CAS指令，CAS的语义是“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不修改并告诉V的值实际为多少”，CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。