C++11原子操作詳解
C++11原子操作
原子操作的概念
所謂原子操作,其意義就是“原子是最小的,不可分割的最小個體”。**表示當多個線程訪問同一個全局資源的時候,能夠確保所有其它的線程都不在同一時間訪問相同的資源。**也就是它確保在同一時刻隻有唯一的線程對這個資源進行訪問。類似於共享資源的訪問保護。但是原子操作更加接近底層,即效率更高。
在以往C++中沒有原子操作的規定,更多使用的都是匯編語言或者借助第三方庫,如Intel的pthread來實現。但在C++11中的特性引入原子操作的相關概念,並通過新的頭文件提供瞭多種原子操作數據類型。如atomic_bool,atomic_int等。如果需要多個線程對這些類型的共享資源進行操作,編譯器將保證這些操作都是具有原子性的。通俗地說,就是確保在任意時刻隻有一個線程對這個資源進行訪問,編譯器將保證多個線程訪問這個資源的正確性,從而避免鎖的使用,提高效率。
示例
#include <iostream> #include <thread>//C++11線程庫且跨平臺 #include <windows.h>//Sleep函數需要使用的庫文件 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; }
我們很正常的認為這樣做是可以提高CPU的利用效率的,但是實際上執行結果並不正確。
緊接著,我們肯定想到使用互斥鎖對共享資源進行保護。
#include <iostream> #include <thread>//C++11線程庫是跨平臺的 #include <mutex>//C++11互斥鎖 #include <windows.h>//Sleep函數需要使用的庫文件 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();//訪問之前鎖定互斥對象 g_total++; g_mutex.unlock();//訪問之後釋放互斥對象 } } int main() { for (int i = 0; i < 4; i++) { std::thread t(click); t.detach(); } Sleep(1000); cout << "result:" << g_total << endl; return 0; }
初始對象的使用,保證同一時刻隻有唯一一個線程對這個共享對象進行訪問。
在C++11之前,互斥鎖的概念已經足夠瞭,但是在C++11提出之後,進一步利用CPU性能。在C++11中實現瞭原子操作的數據類型(如atomic_bool,atomic_int等)。使用原子操作的數據類型線程對其進行訪問的時候無需借助mutex等鎖機制,也能實現對共享資源的正確訪問。
#include <iostream> #include <thread>//C++11線程庫是跨平臺的 #include <atomic>//C++11原子操作庫 #include <windows.h>//Sleep函數需要使用的庫文件 using std::cout; using std::endl; using std::cin; std::atomic_int g_total = 0;//使用原子操作的數據類型 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; }
總結
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