原子变量中的多次读取/一次写入答案

【问题标题】：Many reads/one write in atomic variable原子变量中的多次读取/一次写入
【发布时间】：2015-07-16 09:41:31
【问题描述】：

请你帮帮我。

假设我有 p - 1 个读线程和一个写线程。它们都在一个原子 int 变量中读取和写入。如果所有读取和写入同时发生，写入操作会等待 p - 1 次吗？我有疑问，因为当原子操作发生时，会有一些奇怪的锁（在汇编程序中），我担心它会锁定内存（变量所在的位置）。因此，写操作可能会等待 p-1 读取。会发生吗？

下面是一些简单的代码：

#include <atomic>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>


std::atomic<int> val;

void writer()
{
    val.store(7);
}

void read()
{
    int tmp = val.load();

    while (tmp == 0)
    {
        std::cout << std::this_thread::get_id() << ": wait" << std::endl;
        tmp = val.load();
    }

    std::cout << std::this_thread::get_id() << " Operation: " << tmp * tmp << std::endl;
}

int main()
{
    val.store(0);

    std::vector<std::thread> v;

    for (int i = 0; i < 1; ++i)
        v.push_back(std::thread(read));

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(77));

    writer();

    std::for_each(v.begin(), v.end(), std::mem_fn(&std::thread::join));

    return 0;
}

谢谢！

【问题讨论】：

我不知道 atomic 的真正作用，但很有可能是：1. 锁定 2. 访问 3. 解锁。所以如果你想prioritize 访问，atomic 对它来说太简单了。您应该设置更复杂的锁定结构。应该有“写请求”标志 1.写入时，在修改值之前设置它，修改值，然后清除它。 2. 读取时，在设置此标志之前不要触摸变量。结果：当读取访问到达时，它将暂停直到写入完成。
但是同样的问题出现了。当我在写入时设置标志时，它可能会等待一些读取访问结束。而且我担心（写入线程的）等待时间与读取访问次数成正比。
我还有一个想法：双缓冲。有两个值，A和B。有一个index变量，指向实际值，可以是A或B。读线程是从实际值中读取，由描述索引。 Write 可以解决问题：它将值写入 1 - index，然后交换，index := 1 - index。因此，在写入之前不会有任何读取“排队”。您必须使用通用锁来读取 A 和 B 以避免交换时的顺序问题（避免：一些读取 A 在锁 A 处挂起，因此到达的读取 B 以新值更快完成，因为没有人挂在锁 B 上） .一把锁，读顺序就OK了。

标签： c++ multithreading

【解决方案1】：

处理器的指令，它锁定内存总线（具有LOCK 前缀），在通常的高级语义中不使用锁定。它使线程（调用者之一，可能还有一些访问相同或附近内存块的并发线程）有点慢。此位的上限仅取决于机器及其架构。普通锁也会使线程变慢，但这种变慢的程度高度取决于锁争用、锁实现属性（例如，公平性）和锁保护下的代码。 除非出于性能原因，否则您不应该担心锁定的内存访问。
实际上，原子加载/存储不需要 LOCK 前缀。我猜，这是一个编译器优化，它提供了顺序一致的内存顺序。默认情况下，此顺序由 .store() 和 .load() atomic 的方法强制执行，但在您的示例中是不必要的。最常用的模式是：
- 使用宽松的内存顺序进行初始化：
```
val.store(0, std::memory_order_relaxed);
```
- 使用获取内存顺序来读取值：
```
tmp = val.load(std::memory_order_acquire);
```
- 使用释放内存顺序来写入（更改）值：
```
val.store(7, std::memory_order_release);
```
这将阻止编译器使用带有 LOCK 前缀的指令。

【讨论】：