在 Intel x86 CPU 上比较和交换 (CAS) 的最快方法？答案

【问题标题】：Fastest way to Compare And Swap (CAS) on Intel x86 CPU?在 Intel x86 CPU 上比较和交换 (CAS) 的最快方法？
【发布时间】：2014-11-20 12:27:23
【问题描述】：

我需要交换两个 8x 字节的内存区域，最有可能使用 CMPXCHG8B。但是，我想尽快做到这一点。其他线程将一直等待，直到此操作完成。我有几个与此相关的问题：

-只有当我使用多个处理器或多个内核时才需要LOCK前缀？如果可能的话，我真的想避免使用它。

-如果等待线程希望访问的内存位于不同的缓存行中，我是否能够基于 MESI 协议“锁定”而不使用 LOCK 前缀？

我在单处理器（多核）上运行，但如果有差异，我们非常欢迎向多处理器系统解释差异的答案。

【问题讨论】：

对于本次讨论，“处理器”==“核心”。
我认为CMPXCHG8B 在这种情况下不会对您有太大帮助，因为它只会交换寄存器和内存，而不是两个内存区域。你也许可以重写你的代码，这样你只需要交换 2 个连续的指针，或者使用互斥体。

【解决方案1】：

如果您有多个处理器或多个内核，并且希望同步安全地访问共享变量，则无法避免 LOCK。（使用 XCHG 并不能避免锁；它只是隐藏在指令中）。

按照 Jester 的提示，我很想将您的两个内存块命名为“Left”和“Right”，并使用 FLAG 动态重命名它们，例如

    GetLeft:  if LSB(FLAG)   ; least significant bit
              Read Left
              else Read Right

和

    GetRight: if LSB(FLAG)
              Read Right
              else Read Left

然后下面的代码将尽快“交换”它们：

    SwapLeftAndRight: 
               LOCK INC FLAG   ; flips LSB of flag

这消除了对互斥体的任何需求。（如果您的线程试图更新这些区域，那么无论您做什么都需要互斥锁。

如果访问速度真的很关键，那么他关于将两个连续指针交换为 LEFT 和 RIGHT 的提示非常好。

【讨论】：

另外注意，可以交换一对8字节的区域；但它们必须是连续的，并且 CPU 必须支持 cmpxchg16b 指令（仅在 64 位代码中支持，并且在一些早期的 64 位 CPU 上不支持）。