原子操作与并发

这是一篇关于 C++ 中原子操作和内存排序的长文,主要内容如下:

  • 原子操作简介:原子操作是不能被编译器或 CPU 拆分或重新排序的操作,C++ 中最简单的原子类型是原子标志。可进行的原子操作有存储(store)、加载(load)和比较并设置(compare_exchange_weakcompare_exchange_strong)。
  • 内存排序的重要性:编译器和 CPU 可能会重新排序程序指令,在多线程代码中这可能导致数据竞争。例如,简单的赋值语句在单线程下可重新排序,但依赖关系的语句不能。
  • 原子操作与内存排序的示例:通过多线程示例展示了不加内存排序时会出现数据竞争,使用原子操作和不同的内存排序模式(如std::memory_order_relaxedstd::memory_order_seq_cst)可以控制线程间的操作顺序,避免数据竞争。
  • 硬件考虑:不同的硬件架构(如 x86 和 ARM)对不同内存模型的性能影响不同,x86 架构在提供顺序一致性时计算开销相对较低,而 ARM 架构则较高。
  • 构建并发队列:使用原子操作构建基本的无锁并发队列,通过循环和比较交换操作来更新队列的头和尾,注意未处理 ABA 问题。
  • 参考资料:提供了多个关于理解原子操作和内存排序的有用文章和链接,包括Understanding Atomics And Memory Ordering等。
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