muduo庫學習篇-AtomicIntegerT模板原子類的實現

爲什麼需要原子操作：

在我們平時工作中總會有i++這種類似的代碼，這樣的代碼在不涉及多線程編程的時候是沒有問題的， 但是一旦在多線程編程中變量i是一個全局變量的話，那麼就會很容易出現錯誤。因爲i++不是原子操作，一個i++分爲以下幾個步驟

• i從內存中讀x的值到寄存器中，
• 對寄存器加1，
• 再把新值寫回x所處的內存地址，

當一個線程執行一半的時候，i的使用權被另外的線程拿去，那麼得到就不是我們想要的值了。

解決的方法就是，讓這幾個操作步驟能一次完成，在一個線程執行操作時，不允許其他線程進行操作，和數據庫的事務的概念差不多。照着這個思路其實對應的有兩種方法。

• 通過鎖機制實現
• 通過原子操作實現

muduo庫原子操作：

代碼：

#include "muduo/base/noncopyable.h"
#include <stdint.h>
namespace muduo
{

namespace detail
{
template<typename T>
class AtomicIntegerT : noncopyable
{
 public:
  AtomicIntegerT()
    : value_(0)
  {
  }

  // uncomment if you need copying and assignment
  //
  // AtomicIntegerT(const AtomicIntegerT& that)
  //   : value_(that.get())
  // {}
  //
  // AtomicIntegerT& operator=(const AtomicIntegerT& that)
  // {
  //   getAndSet(that.get());
  //   return *this;
  // }

  T get()
  {
    // in gcc >= 4.7: __atomic_load_n(&value_, __ATOMIC_SEQ_CST)
    return __sync_val_compare_and_swap(&value_, 0, 0);
  }

  T getAndAdd(T x)
  {
    // in gcc >= 4.7: __atomic_fetch_add(&value_, x, __ATOMIC_SEQ_CST)
    return __sync_fetch_and_add(&value_, x);
  }

  T addAndGet(T x)
  {
    return getAndAdd(x) + x;
  }

  T incrementAndGet()
  {
    return addAndGet(1);
  }

  T decrementAndGet()
  {
    return addAndGet(-1);
  }

  void add(T x)
  {
    getAndAdd(x);
  }

  void increment()
  {
    incrementAndGet();
  }

  void decrement()
  {
    decrementAndGet();
  }

  T getAndSet(T newValue)
  {
    // in gcc >= 4.7: __atomic_exchange_n(&value, newValue, __ATOMIC_SEQ_CST)
    return __sync_lock_test_and_set(&value_, newValue);
  }

 private:
  volatile T value_;
};
}  // namespace detail

typedef detail::AtomicIntegerT<int32_t> AtomicInt32;
typedef detail::AtomicIntegerT<int64_t> AtomicInt64;

}  // namespace muduo

#endif  // MUDUO_BASE_ATOMIC_H

通過查看muduo中AtomicIntegerT源碼我們可以學習到的知識點有下面這些：

• 模板類的構建

  既然是一個原子類，在設計的時候肯定是要支持多種類型，所以很自然的就會用到泛型編程的技術

• volatile 關鍵字

  可以看到原子類中模板成員變量的類型前面有volatile關鍵字，那麼volatile有什麼用呢？

  當要求使用volatile 聲明的變量的值的時候，系統總是重新從它所在的內存讀取數據，而不是使用保存在寄存器中的備份。即使它前面的指令剛剛從該處讀取過數據。而且讀取的數據立刻被保存，這樣的話在多線程編程中就能保證讀取的數據值一定是最新的，這也是這個原子類中爲什麼成員變量一定要使用volatile的原因

• gcc提供原子操作系列函,詳情參考

  • type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value) 原子自增操作

    這個函數是先取後加

  • type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr,type oldval，type newval) 和 bool__sync_bool_compare_and_swap(type *ptr,type oldval，type newval)原子比較函數

  • type __sync_lock_test_and_set (type *ptr,type value)原子賦值函數

拓展：

通過原子操作，實現線程安全的無鎖隊列，詳情參考