比较是原子操作吗？

Question

下面的比较是原子动作吗？即是否可以简化为单个CPU指令？

char flag = 2;

for(;;)
{
    if (!flag) // <-- this
        break;

    // sleep
}

这就是我正在做的：

int main()
{
    sf::Mutex Mutex;
    char flag = 2;

    coordinatorFunction(flag);

    for(;;)
    {
        if (!flag)
            break;

        // sleep
    }
}

void workerFunction(void* a)
{
    char* p = static_cast<char*>(a);

    // work

    GlobalMutex.Lock();
    --*p;
    GlobalMutex.Unlock();
}

void coordinatorFunction(char& refFlag)
{
    sf::Thread worker1(&workerFunction, &refFlag);
    sf::Thread worker2(&workerFunction, &refFlag);

    worker1.Launch();
    worker2.Launch();
}

Answer 1

这是错误的做法。

您的主线程正在尽可能快地消耗 CPU 周期，除了等待 flag 达到零之外什么也不做。除最后一次外，每次尝试此测试都会失败。不要以这种方式执行此操作，而是使用线程对象很可能必须使用的“连接”功能来使主线程自行挂起，直到所有工作人员完成为止。

这样，并非巧合，您就不会关心测试是否是原子的，因为您根本不需要它。

Answer 2

任何 C++ 操作都不保证是原子操作。

Answer 3

在 C++ 中，没有什么可以保证是原子的。

Answer 4

不。据我所知，C++ 不保证什么是原子的、什么不是——这是特定于平台的。即使您的平台保证可以原子地进行比较，也不能保证您的 C++ 编译器会选择该指令。

然而，在实践中，简单值类型（例如 char、int、float 等）的比较可能是原子的。然而，您仍然需要注意可能的指令重新排序，无论是在编译器级别还是处理器级别。在这种情况下，这可能并不重要，但在一般情况下，它可以并且确实如此。您还需要注意，即使比较是原子的，比较然后分支也不是原子的 - 因此，如果您尝试使用标志来规范该访问，则两个线程都可以进入同一代码块。

如果您想要适当的保证，可以使用各种互锁函数 在 Windows 和 原子gcc 上的内置函数。

Answer 5

不，C++ 不保证任何操作都是原子的。您问题中的代码很可能会被编译为从内存加载到寄存器中，这本身可能需要多个指令，然后进行测试。

Answer 6

比较不是原子的，因为它需要几个机器语言指令来完成（从内存加载到寄存器等）。此外，由于内存模型的灵活性和缓存执行测试的线程可能无法“看到”另一个线程的结果马上。

如果变量被标记为易失性，那么您可能可以安全地进行简单测试，但这将是特定于平台的。正如其他人指出的，C++ 本身对此不做任何保证。

Answer 7

不。

比较涉及读取两条数据以及执行实际比较。 数据可以在读取和比较指令之间发生变化，因此它不是原子的。

但是，由于您要比较是否相等，因此 _InterlockedCompareExchange instrinsic（用于 x86 中的 lock cmp xchg 指令）可能会满足您的需要，尽管它会涉及替换数据。

Answer 8

你应该问的问题是“是——原子的”？这就是这里最重要的。你想在flag达到0时做一些事情

。你不关心这种情况：

1. Main thread reads flag, and it is 1.
2. Worker changes flag with --
3. Main thread doesn't see that flag is actually 0.

因为在1 ns内，主线程循环并再次尝试。

您确实关心 -- 不是原子的，并且两个线程同时更改它会跳过减量：

1. Thread A reads flag, flag is 2
2. Thread B reads flag, flag is 2
3. Thread A decrements its copy of flag, 2, and writes to flag, flag is 1
4. Thread B decrements its copy of flag, also 2, and writes to flag, flag is 1.

您丢失了减量。你想使用 __sync_fetch_and_sub(& flag, 1) 这将自动递减 flag。

最后，在睡眠中旋转并不是最好的方法。您想要等待一个条件，等待 信号。让工作线程在意识到自己已将标志递减为 0 时提出条件或信号。