c++中的原子操作

1. c/c++標准中沒有定義任何操作符為原子的，操作符是否原子和平台及編譯器版本有關

2. GCC提供了一組內建的原子操作，這些操作是以函數的形式提供的，這些函數不需要引用任何頭文件

　　2.1 對變量做某種操作，並且返回操作前的值，總共6個函數：

　　　　type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...)    加減運算 相當於  tmp = *ptr;  *ptr += value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...)    加減運算 相當於  tmp = *ptr;  *ptr -= value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...)       邏輯運算 相當於  tmp = *ptr;  *ptr |= value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...)     邏輯運算 相當於  tmp = *ptr;  *ptr &= value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...)     位運算 相當於  tmp = *ptr;  *ptr ^= value; return tmp;

　　　　type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...)   位運算 相當於  tmp = *ptr; *ptr = ~(tmp & value); return tmp;

           注意，__sync_fetch_and_nand在GCC的4.4版本之前語義並非如此，而是 tmp = *ptr; *ptr = ~tmp & value; return tmp;

　　2.2 對變量做某種操作，並且返回操作后的值，總共6個函數，和前面的6個函數完全類似：

　　　　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, ...)

　　2.3 把變量的值和某個值比較，如果相等就把變量的值設置為新的值，總共2個函數：

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

　　　　　　返回是否相等，相當於

　　　　　　　　　if ( *ptr == oldval ) {*ptr = newval; return true;}

                          else {return false;}

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

　　　　　　返回修改前的值，相當於

　　　　　　　　　tmp = *ptr 

　　　　　　　　　if ( *ptr == oldval ) { *ptr= newval; }

                          return tmp ;

　　2.4 鎖定測試-設置 及 解鎖，總共2個函數： 

　　　　type __sync_lock_test_and_set (type *ptr, type value, ...)

　　　　　　把變量的值設置為新值，並返回設置前的值，相當於tmp = *ptr; return tmp

　　　　void __sync_lock_release (type *ptr, ...)  

　　　　　　把變量的值設置為0，相當於 *ptr = 0  通過查看匯編代碼，可以看出這個函數使用了內存屏障，然后再把變量的值置為0

            這兩個函數可以實現自旋鎖

3. 自旋鎖的實現：boost實現如下，在spinlock_sync.hpp 

class spinlock
{
public:
    int v_;
public:

    bool try_lock()
    {
        int r = __sync_lock_test_and_set( &v_, 1 );
        return r == 0;
    }

    void lock()
    {
        for( unsigned k = 0; !try_lock(); ++k )
        {
            //等待一些指令周期
            boost::detail::yield( k );
        }
    }

    void unlock()
    {
        __sync_lock_release( &v_ );
    }
};

 

悲觀鎖和樂觀鎖
獨占鎖是一種悲觀鎖，synchronized就是一種獨占鎖，它假設最壞的情況，並且只有在確保其它線程不會造成干擾的情況下執行，會導致其它所有需要鎖的線程掛起，等待持有鎖的線程釋放鎖。而另一個更加有效的鎖就是樂觀鎖。所謂樂觀鎖就是，每次不加鎖而是假設沒有沖突而去完成某項操作，如果因為沖突失敗就重試，直到成功為止。

CAS操作
Compare and Swap，比較並操作，CPU指令，在大多數處理器架構，包括IA32、Space中采用的都是CAS指令，CAS的語義是“我認為V的值應該為A，如果是，那么將V的值更新為B，否則不修改並告訴V的值實際為多少”，CAS是項樂觀鎖技術，當多個線程嘗試使用CAS同時更新同一個變量時，只有其中一個線程能更新變量的值，而其它線程都失敗，失敗的線程並不會被掛起，而是被告知這次競爭中失敗，並可以再次嘗試。CAS有3個操作數，內存值V，舊的預期值A，要修改的新值B。當且僅當預期值A和內存值V相同時，將內存值V修改為B，否則什么都不做。