C++11之atomic原子操作

• atomic介紹

atomic對int、char、bool等數據結構進行了原子性封裝，在多線程環境中，對std::atomic對象的訪問不會造成競爭-冒險。利用std::atomic可實現數據結構的無鎖設計。

所謂的原子操作，取的就是“原子是最小的、不可分割的最小個體”的意義，它表示在多個線程訪問同一個全局資源的時候，能夠確保所有其他的線程都不在同一時間內訪問相同的資源。也就是他確保了在同一時刻只有唯一的線程對這個資源進行訪問。這有點類似互斥對象對共享資源的訪問的保護，但是原子操作更加接近底層，因而效率更高。

在以往的C++標準中並沒有對原子操作進行規定，我們往往是使用彙編語言，或者是藉助第三方的線程庫，例如intel的pthread來實現。在新標準C++11，引入了原子操作的概念，並通過這個新的頭文件提供了多種原子操作數據類型，例如，atomic_bool,atomic_int等等，如果我們在多個線程中對這些類型的共享資源進行操作，編譯器將保證這些操作都是原子性的，也就是說，確保任意時刻只有一個線程對這個資源進行訪問，編譯器將保證，多個線程訪問這個共享資源的正確性。從而避免了鎖的使用，提高了效率。

• atomic高效體現

加鎖不使用atomic：

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <mutex>
#include <vector>
#include <thread>

std::mutex mtx;
size_t count = 0;

void threadFun()
{
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
	{
		// 防止多個線程同時訪問同一資源
		std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
		count++;
	}
}

int main(void)
{
	clock_t start_time = clock();

	// 啓動多個線程
	std::vector<std::thread> threads;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		threads.push_back(std::thread(threadFun));
	for (auto&thad : threads)
		thad.join();

	// 檢測count是否正確 10000*10 = 100000
	std::cout << "count number:" << count << std::endl;

	clock_t end_time = clock();
	std::cout << "耗時：" << end_time - start_time << "ms" << std::endl;

	return 0;
}

運行結果：

使用atomic：

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


std::atomic<size_t> count(0);

void threadFun()
{
	for (int i = 0; i < 10000; i++)
		count++;
}

int main(void)
{
	clock_t start_time = clock();

	// 啓動多個線程
	std::vector<std::thread> threads;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		threads.push_back(std::thread(threadFun));
	for (auto&thad : threads)
		thad.join();

	// 檢測count是否正確 10000*10 = 100000
	std::cout << "count number:" << count << std::endl;

	clock_t end_time = clock();
	std::cout << "耗時：" << end_time - start_time << "ms" << std::endl;

	return 0;
}

運行結果：

總結：

從上面的截圖可以發現，第一張圖用時2439ms，第二張圖用時13ms，使用原子操作能大大的提高程序的運行效率。

• 參考文檔

博客地址：https://blog.csdn.net/yockie/article/details/8838686