原子操作

所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch（切换到另一个线程）。原子操作是不可分割的，在执行完毕之前不会被任何其它任务或事件中断。

下面看一个例子

#include<iostream>
#include<thread>
#include<atomic>
#include<time.h>
#include<mutex>
using namespace std;


mutex mtx;    //定义互斥锁
#define MAX 2000000
#define THREAD_COUNT 10
//atomic_int total(0);
int total = 0;
void thread_task()
{
    for (int i = 0; i < MAX; i++)
    {
        //mtx.lock();
        total += 1;
        total -= 1;
        //mtx.unlock();
    }
}
int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t[THREAD_COUNT];
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i] = thread(thread_task);
    }
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i].join();
    }
    clock_t finish = clock();
    cout << "result:" << total << endl;
    cout << "time:" << finish - start << endl;
    return 0;
}

这是一个程序，创建10个线程，在函数中将0加一再减一重复2000000次，最终得到的结果应该还是0，我们运行结果如下

为什么呢？？？我们不难想到是线程同步问题。我们尝试给函数的操作加锁。

#include<iostream>
#include<thread>
#include<atomic>
#include<time.h>
#include<mutex>
using namespace std;


mutex mtx;    //定义互斥锁
#define MAX 2000000
#define THREAD_COUNT 10
//atomic_int total(0);
int total = 0;
void thread_task()
{
    for (int i = 0; i < MAX; i++)
    {
        mtx.lock();
        total += 1;
        total -= 1;
        mtx.unlock();
    }
}
int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t[THREAD_COUNT];
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i] = thread(thread_task);
    }
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i].join();
    }
    clock_t finish = clock();
    cout << "result:" << total << endl;
    cout << "time:" << finish - start << endl;
    return 0;
}

此时答案正确但是效率显著降低，这也是情理之中的。

这时候引入原子操作

#include<iostream>
#include<thread>
#include<atomic>
#include<time.h>
#include<mutex>
using namespace std;

mutex mtx;    //定义互斥锁
#define MAX 2000000
#define THREAD_COUNT 10
atomic_int total(0);
//int total = 0;
void thread_task()
{
    for (int i = 0; i < MAX; i++)
    {
        //mtx.lock();
        total += 1;
        total -= 1;
        //mtx.unlock();
    }
}
int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t[THREAD_COUNT];
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i] = thread(thread_task);
    }
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i].join();
    }
    clock_t finish = clock();
    cout << "result:" << total << endl;
    cout << "time:" << finish - start << endl;
    return 0;
}

此时可见性能得到了大幅优化。