C++11并发编程（四）：原子操作

1、原子操作介绍

（1）所谓的原子操作，取的就是“原子是最小的、不可分割的最小个体”的意义，它表示在多个线程访问同一个全局资源的时候，能够确保所有其他的线程都不在同一时间内访问相同的资源。也就是他确保了在同一时刻只有唯一的线程对这个资源进行访问。这有点类似互斥对象对共享资源的访问的保护，但是原子操作更加接近底层，因而效率更高。

（2）在以往的C++标准中并没有对原子操作进行规定，我们往往是使用汇编语言，或者是借助第三方的线程库，例如intel的pthread来实现。在新标准C++11，引入了原子操作的概念，并通过这个新的头文件提供了多种原子操作数据类型，例如，atomic_bool,atomic_int等等，如果我们在多个线程中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原子性的，也就是说，确保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，多个线程访问这个共享资源的正确性。从而避免了锁的使用，提高了效率。

（3）C++11中引入了原子操作atomic。atomic对int、char、bool等数据结构进行了原子性封装，在多线程环境中，对std::atomic对象的访问不会造成竞争-冒险。

利用std::atomic可实现数据结构的无锁设计。

为了方便使用，c++11为模版函数提供了别名。

atomic<bool>   别名：atomic_bool  

atomic<int>  别名：atomic_int

atomic<char> 别名：atomic_char 

atomic<long> 别名：atomic_long 

2、加锁方式实现数据写入原子操作（效率低）

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <mutex>
#include <vector>
#include <thread>
 
std::mutex mtx;
size_t count = 0;
 
void threadFun()
{
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		// 防止多个线程同时访问同一资源
		std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
		count++;
	}
}
 
int main(void)
{
	clock_t start_time = clock();
 
	// 启动多个线程
	std::vector<std::thread> threads;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		threads.push_back(std::thread(threadFun));
	for (auto&thad : threads)
		thad.join();
 
	// 检测count是否正确 10000*10 = 100000
	std::cout << "count number:" << count << std::endl;
 
	clock_t end_time = clock();
	std::cout << "time:" << end_time - start_time << "ms" << std::endl;
 
	return 0;
}

结果：

3、采用C++11提供原子操作

只需要把count原来的int型，改为std::atomic<size_t>型就可以了，非常方便，也不需要用到锁。

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <vector>
#include <thread>
#include <atomic>
 
 
std::atomic<size_t> count(0);
 
void threadFun()
{
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
		count++;
}
 
int main(void)
{
	clock_t start_time = clock();
 
	// 启动多个线程
	std::vector<std::thread> threads;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		threads.push_back(std::thread(threadFun));
	for (auto&thad : threads)
		thad.join();
 
	// 检测count是否正确 10000*10 = 100000
	std::cout << "count number:" << count << std::endl;
 
	clock_t end_time = clock();
	std::cout << "time:" << end_time - start_time << "ms" << std::endl;
 
	return 0;
}

结果：

4、结论

对比，使用C++11原子操作，运行时间缩短40%，如果跑较复杂任务，可能会更明显。

参考链接：

https://blog.csdn.net/qq_34199383/article/details/79990986

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