C++11原子操作详解

详解C++11原子操作

原子操作的概念

所谓原子操作，其意义就是“原子是最小的，不可分割的最小个体”。**表示当多个线程访问同一个全局资源的时候，能够确保所有其它的线程都不在同一时间访问相同的资源。**也就是它确保在同一时刻只有唯一的线程对这个资源进行访问。类似于共享资源的访问保护。但是原子操作更加接近底层，即效率更高。

在以往C++中没有原子操作的规定，更多使用的都是汇编语言或者借助第三方库，如Intel的pthread来实现。但在C++11中的特性引入原子操作的相关概念，并通过新的头文件提供了多种原子操作数据类型。如atomic_bool，atomic_int等。如果需要多个线程对这些类型的共享资源进行操作，编译器将保证这些操作都是具有原子性的。通俗地说，就是确保在任意时刻只有一个线程对这个资源进行访问，编译器将保证多个线程访问这个资源的正确性，从而避免锁的使用，提高效率。

示例

#include <iostream>
#include <thread>//C++11线程库且跨平台
#include <windows.h>//Sleep函数需要使用的库文件
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
int g_total = 0;
void click()
{
	for (int i = 0; i < 1000000; i++)
	{
		g_total++;
	}
}

int main()
{
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		std::thread t(click);
		t.detach();
	}
	Sleep(1000);
	cout << "result:" << g_total << endl;
	return 0;
}

我们很正常的认为这样做是可以提高CPU的利用效率的，但是实际上执行结果并不正确。

C++11原子操作详解

紧接着，我们肯定想到使用互斥锁对共享资源进行保护。

#include <iostream>
#include <thread>//C++11线程库是跨平台的
#include <mutex>//C++11互斥锁
#include <windows.h>//Sleep函数需要使用的库文件
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;

int g_total = 0;
std::mutex g_mutex;
void click()
{
	for (int i = 0; i < 1000000; i++)
	{
		g_mutex.lock();//访问之前锁定互斥对象
		g_total++;
		g_mutex.unlock();//访问之后释放互斥对象
	}
}

int main()
{
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		std::thread t(click);
		t.detach();
	}
	Sleep(1000);
	cout << "result:" << g_total << endl;
	return 0;
}

初始对象的使用，保证同一时刻只有唯一一个线程对这个共享对象进行访问。

C++11原子操作详解

在C++11之前，互斥锁的概念已经足够了，但是在C++11提出之后，进一步利用CPU性能。在C++11中实现了原子操作的数据类型（如atomic_bool，atomic_int等）。使用原子操作的数据类型线程对其进行访问的时候无需借助mutex等锁机制，也能实现对共享资源的正确访问。

#include <iostream>
#include <thread>//C++11线程库是跨平台的
#include <atomic>//C++11原子操作库
#include <windows.h>//Sleep函数需要使用的库文件
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;
std::atomic_int g_total = 0;//使用原子操作的数据类型
void click()
{
	for (int i = 0; i < 1000000; i++)
	{
		//mutex.lock();
		g_total++;
		//mutex.unlock();
	}
}

int main()
{
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		std::thread t(click);
		t.detach();
	}
	Sleep(1000);
	cout << "result:" << g_total << endl;
	return 0;
}

C++11原子操作详解