C++并发编程 | 原子操作std::atomic-Toy模板网

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1、原子操作std::atomic相关概念

2、不加锁情况

3、加锁情况

4、原子操作

5、总结

1、原子操作std::atomic相关概念

原子操作：更小的代码片段，并且该片段必定是连续执行的，不可分割。

1.1 原子操作std::atomic与互斥量的区别

1）互斥量：类模板，保护一段共享代码段，可以是一段代码，也可以是一个变量。

2）原子操作std::atomic：类模板，保护一个变量。

1.2 为何需要原子操作std::atomic

为何已经有互斥量了，还要引入std::atomic呢，这是因为互斥量保护的数据范围比较大，我们期望更小范围的保护。并且当共享数据为一个变量时，原子操作std::atomic效率更高。

2、不加锁情况

#include <thread>
#include <atomic> 
#include <iostream>
#include <time.h>

using namespace std;
// 全局的结果数据 
long total = 0;

// 点击函数
void click()
{
    for (int i = 0; i < 10000000; ++i)
    {
        // 对全局数据进行无锁访问 
        total += 1;
    }
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    // 计时开始
    clock_t start = clock();
    // 创建3个线程模拟点击统计
    thread th1(click);
    thread th2(click);
    thread th3(click);
    th1.join();
    th2.join();
    th3.join();
    
    // 计时结束
    clock_t finish = clock();
    // 输出结果
    cout << "result:" << total << endl;
    cout << "duration:" << finish - start << "ms" << endl;
    return 0;
}

执行结果如下：从执行的结果来看，这样的方法虽然非常快，但是结果不正确

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3、加锁情况

#include <thread>
#include <atomic> 
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <mutex>
using namespace std;
// 全局的结果数据 
long total = 0;
mutex m;
// 点击函数
void click()
{
    for (int i = 0; i < 10000000; ++i)
    {
        //加锁
        m.lock();
        // 对全局数据进行无锁访问 
        total += 1;
        //解锁
        m.unlock();
    }
}

执行结果：互斥对象的使用，保证了同一时刻只有唯一的一个线程对这个共享进行访问，从执行的结果来看，互斥对象保证了结果的正确性，但是也有非常大的性能损失，从刚才的313ms变成了现在的3858，用了原来时间的10多倍的时间。这个损失够大。

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4、原子操作

#include <thread>
#include <atomic> 
#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
// 全局的结果数据 
atomic<long> total = 0;
// 点击函数
void click()
{
    for (int i = 0; i < 10000000; ++i)
    {
        // 对全局数据进行无锁访问 
        total += 1;
    }
}

结果正确！耗时只是使用mutex互斥对象的六分之一！也仅仅是不采用任何保护机制的时间的近2倍。可以说这是一个非常不错的成绩了

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5、总结

原子操作的实现跟普通数据类型类似，但是它能够在保证结果正确的前提下，提供比mutex等锁机制更好的性能，如果我们要访问的共享资源可以用原子数据类型表示，那么在多线程程序中使用这种新的等价数据类型，是一个不错的选择。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-425958.html

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