C++ 并行编程之memory_order

一.如果只是简单地解决在多线程中对共享资源的读写并发问题,只需要用C++以下内容: 线程类 thread, 原子数据类模板 atomic<T> t, 互斥 mutex, 锁 lock, 条件变量 condition_variables.

 

二.在此基础上,如果想在并行编程中获得更好的性能,尤其当使用的是一些弱内存顺序的平台(比如PowerPC)的话,设定原子操作间的内存顺序则很有必要.

 

 

C++11 加入了支持并行编程的原子操作模块,而所有的原子操作都有一个参数 memory_order.

1.内存模型 简介

内存模型是一个硬件上的概念,表示机器指令是以什么样的顺序被处理器执行的 (现代的处理器不是逐条处理机器指令的) .

#include <thread>
#include <atomic>
 
atomic<int> a;
atomic<int> b;
void threadHandle()
{
     int t = 1;
     a = t;
     b = 2; // b 的赋值不依赖 a
}

在上面的线程处理函数中的三行代码,在寄存器中实际执行顺序可能与代码写的顺序不一致.在不同的机器平台下,处理器有可能对指令周期的执行顺序优化(一个时钟周期发射多条指令),就是说它可能让 b 的赋值语句比 a 的赋值语句先执行.

此时,如果有一个线程在循环地打印 a 和 b 的值,那么结果并不总是 a == 1 和 b == 2.

 

2.如何保证指令执行顺序

保证执行顺序会牺牲一些执行效率，因为这意味着放弃了编译器、处理器等的优化处理。

强顺序的内存模型指: 代码顺序和寄存器实际执行的顺序一致

弱顺序的内存模型指: 寄存器实际执行的顺序与代码顺序不一致,被处理器调整过

 

 

3.C++ 并行编程: 设定 指令执行顺序

typedef enum memory_order {
    memory_order_relaxed,    // 不对执行顺序做保证
    memory_order_acquire,    // 本线程中,所有后续的读操作必须在本条原子操作完成后执行
    memory_order_release,    // 本线程中,所有之前的写操作完成后才能执行本条原子操作
    memory_order_acq_rel,    // 同时包含 memory_order_acquire 和 memory_order_release
    memory_order_consume,    // 本线程中,所有后续的有关本原子类型的操作,必须在本条原子操作完成之后执行
    memory_order_seq_cst    // 全部存取都按顺序执行
    } memory_order;

 

测试: 下面的代码可能会打印出 a == 0; b == 2 这样的结果

 #include <iostream>
 #include <thread>
 #include <atomic>
 
 atomic<int> a{ 0 };
 atomic<int> b{ 0 };
 void SetValue()
 {// atomic类模板中的函数都是原子操作.  int temp = a.load();相当于 int temp = a的原子操作
     int t = 1;
     a.store(t, memory_order_relaxed); // 相当于 a = t的原子操作
     b.store(2, memory_order_relaxed); // 相当于 b = 2的原子操作
 }
 void Observer()
 {
     cout << a << b << endl;
 }
 
 int main()
 {
     thread T1(SetValue,0);
     thread T2(Observer, 0);
 
     T1.join(); // 主线程(调用方)等待子线程 T1 执行完成,才能继续执行,阻塞
     T2.join(); // 同上,执行这一行前: T1已经结束,T2很可能也结束了
 
     return 0;
 }

参考：C++ 多线程与内存模型资料汇

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