原子计数操作 — _syn_fetch_and_add等12个操作

港控/mmm° 2022-05-20 09:53 410阅读 0赞

### 原子计数操作 — \_syn\_fetch\_and\_add等12个操作 ###

多线程计数操作，共享状态或者统计相关时间次数，这些都需要在多线程之间共享变量和修改变量，如此就需要在多线

程间对该变量进行互斥操作和访问.我们谭老先生早都说过了！ ++i 和 i++都是不是原子性的，本质上为三步：

1. 从缓存取到寄存器

2. 在寄存器中加1

3. 再存入缓存

但是有时候由于时序的元素，多线程操作同一个全局变量，就会出现很多问题，这就是多线程并发编程的难点，尤其随

着计算器硬件技术的快速发展，多CPU多核技术更是彰显出这种困难.

其实最有效的方法就是加互斥量，后来在我们的C++11当中，提供了\_syn\_fetch\_and\_add一系列命令进行原子性操作，

随后就在网上查阅相关资料，今天将他们积累下来：

\_sync\_fetch\_and\_add系列一共有12个函数，分别：加/减/与/或异或等原子性操作函数，\_syn\_fetch\_and\_add，顾明

思义，先fetch，返回自加前的值，举例说明，count = 4，调用\_sync\_fetch\_and\_add(&count,1)之后，返回值是4，但

是count变成5. 同样的 \_\_sync\_add\_and\_fetch，先自加，然后返回自加后的值，这样对应的关系，与i++和++i的关系

是一样的. 12个函数如下所示：

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...)
    
    type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
    type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

上述12个函数即为所有，通过函数名字就可以知道函数的作用，需要注意的是，这个type不能乱用(type 只能是int ，

long ，long long以及对应的unsigned的类型) . 这里还有类似的原子操作：

bool __sync_bool_compare_and_swap(type *ptr, type oldval, type newval, ...)
    type __sync_val_compare_and_swap(type *ptr, type oldval, type newval, ...)

这两个函数提供院子的交换和比较，如果 \*ptr == oldval，就将newval写入 \*ptr，第一个函数在相等并写入的情况下返

回true，第二个函数在返回操作之前的值.

有了这些装逼利器，对于多线程对全局变量进行操作(自加，自减)问题，我们就不用考虑线程锁，可以考虑使用上述

函数代替和使用pthread\_mutex保护的作用是一样的，线程安全且性能完爆线程锁. 那么性能好在哪里呢 ？

下面简单介绍一下 \_\_syn\_fetch\_and\_add反汇编出来的指令：

804889d:f0 83 05 50 a0 04 08 lock addl $0x1,0x804a050

可以看到,add前面有一个Lock,这行汇编指令前面是f0开头，f0叫做指令前缀，Richard Blum，lock前缀的意思是对内存区

域的排他性访问.、

其实,lock是锁FSB，前端串行总行，Front Serial Bus，这个FSB是处理器和RAM直接的总线，锁住FSB,就能阻止其他处

理器或core从RAM获取数据，当然这种操作开销相当大，只能操作小的内存才可以这有做. 如果操作一大片内存，锁内存

，那么代价太大了，所以前面介绍\_\_sync\_fetch\_and\_add等函数，type只能是int long longlong以及对应的unsigned类型.

今后写项目切记，加加减减出现竞态现象的时候，一定要记起来使用这个函数！ 看网上做实验比mutex性能好.