十、原子操作

std::atomic原子操作：

互斥量：多线程编程中 用于保护共享数据：先锁住， 操作共享数据， 解锁。

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C++语句  i++ 会被拆成3条汇编语句来执行，所以仍然有可能混乱

• 汇编指令：read i；inc i；store i。

• a线程读取 i (i=1)放入寄存器加1，变成2，同时b线程读取i （i=1）放入寄存器加1，变成2，然后a，b都把2放回内存，但其实此时结果已经为3了。

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mutex解决这个问题

 1 using namespace std;
 2 int g_count = 0;
 3 std::mutex mymutex;
 4  
 5 void mythread1() {
 6     for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
 7         std::unique_lock<std::mutex> u1(mymutex);
 8         g_count++;
 9     }
10 }
11  
12  
13 int main() {
14     std::thread t1(mythread1);
15     std::thread t2(mythread1);
16     t1.join();
17     t2.join();
18     cout << "正常情况下结果应该是200 0000次，实际是" << g_count << endl;
19 }

 

大家可以把原子操作理解成一种：不需要用到互斥量加锁（无锁）计数多线程并发变成方式，加锁后会很慢。

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，而不是一个代码段。

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使用来封装某个类型的值

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;
}

修改代码试试：

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 = g_count + 1; //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
    }
}
 
 
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。

使用时要先测试，最好网上验证再使用。

总结：

1、原子操作一般用于计数或者统计（累计发送多少个数据包，累计接收到了多少个数据包），多个线程一起统计，这种情况如果不使用原子操作会导致统计发生混乱。用的并不多。

2、写商业代码时，如果不确定结果的影响，最好自己先写一小段代码调试。或者不要使用。