为什么 std::atomic<bool> 比 volatile bool 慢得多？

Question

多年来，我一直在使用 volatile bool 进行线程执行控制，效果很好

// in my class declaration
volatile bool stop_;

-----------------

// In the thread function
while (!stop_)
{
     do_things();
}

现在，由于 C++11 增加了对原子操作的支持，我决定尝试一下

// in my class declaration
std::atomic<bool> stop_;

-----------------

// In the thread function
while (!stop_)
{
     do_things();
}

但它比 volatile bool 慢了几个数量级！

我编写的简单测试用例使用 volatile bool 方法大约需要 1 秒才能完成。使用 std::atomic<bool> 但是我已经等了大约 10 分钟然后放弃了！

我尝试使用 memory_order_relaxed 标志与 load 和 store 达到相同的效果。

我的平台：

• Windows 7 64 位
• MinGW gcc 4.6.x

我做错了什么？

注意：我知道 volatile 不会使变量成为线程安全的。我的问题不是关于 volatile，而是关于为什么 atomic 慢得离谱。

原文由 user1773602 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

来自“Olaf Dietsche”的代码

 USE ATOMIC
 real   0m1.958s
 user   0m1.957s
 sys    0m0.000s

 USE VOLATILE
 real   0m1.966s
 user   0m1.953s
 sys    0m0.010s

如果您使用的是 GCC SMALLER 4.7

http://gcc.gnu.org/gcc-4.7/changes.html

添加了对指定 C++11/C11 内存模型的原子操作的支持。这些新的 __atomic 例程替换了现有的 __sync 内置例程。

原子支持也可用于内存块。如果内存块的大小和对齐方式与支持的整数类型相同，则将使用无锁指令。没有无锁支持的原子操作被保留为函数调用。 GCC atomic wiki 的“External Atomics Library”部分提供了一组库函数。

所以是的..唯一的解决方案是升级到 GCC 4.7

原文由 KoKuToru 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议

Answer 2

由于对此感到好奇，我自己在 Ubuntu 12.04、AMD 2.3 GHz、gcc 4.6.3 上对其进行了测试。

 #if 1
#include <atomic>
std::atomic<bool> stop_(false);
#else
volatile bool stop_ = false;
#endif

int main(int argc, char **argv)
{
    long n = 1000000000;
    while (!stop_) {
        if (--n < 0)
            stop_ = true;
    }

    return 0;
}

编译为 g++ -g -std=c++0x -O3 a.cpp

虽然，与@aleguna 的结论相同：

• 只是 bool ：

实际0m0.004s

用户 0m0.000s

系统 0m0.004s

• volatile bool ：

$时间./a.out

真实0m1.413s

用户 0m1.368s

系统 0m0.008s

• std::atomic<bool> :

$时间./a.out

真正的 0m32.550s

用户 0m32.466s

系统 0m0.008s

• std::atomic<int> ：

$时间./a.out

真正的 0m32.091s

用户 0m31.958s

系统 0m0.012s

---

2022 年 4 月 10 日更新，AMD 锐龙 3 3200G，g++ 9.3.0：

看起来 atomic 与 volatile 相比有了很大的改进。我将循环计数器增加到 10,000,000,000，以获得更精确的画面。虽然幅度不会因此次调整而改变：

• std::atomic<bool> , std::atomic<int> : ~2.9s
• volatile bool : ~5.4s

原文由 Olaf Dietsche 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议