C++11使用header实现Spinlock `< atomic>`

oyxsuwqo 于 2023-11-19 发布在其他

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我实现了SpinLock类，如下所示

struct Node {
    int number;
    std::atomic_bool latch;

    void add() {
        lock();
        number++;
        unlock();
    }
    void lock() {
        bool unlatched = false;
        while(!latch.compare_exchange_weak(unlatched, true, std::memory_order_acquire));
    }
    void unlock() {
        latch.store(false , std::memory_order_release);
    }
};

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我实现了上面的类，并创建了两个线程，每个线程调用Node类的同一个示例的add（）方法1000万次。
很不幸，结果不是两千万，我错过了什么

c++

来源：https://stackoverflow.com/questions/26583433/c11-implementation-of-spinlock-using-header-atomic

3条答案

按热度按时间

jutyujz01#

问题是compare_exchange_weak在unlatched变量失败后会更新它。从compare_exchange_weak的文档中可以看到：
将原子对象的包含值的内容与预期值进行比较：-如果为true，则将包含值替换为val（类似于store）。-如果为false，则将预期值替换为包含值。
也就是说，在第一个失败的compare_exchange_weak之后，unlatched将被更新为true，所以下一个循环迭代将尝试compare_exchange_weaktrue和true。这成功了，你只是得到了另一个线程持有的锁。
解决方案：确保在每个compare_exchange_weak之前将unlatched设置回false，例如：

while(!latch.compare_exchange_weak(unlatched, true, std::memory_order_acquire)) {
    unlatched = false;
}

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赞(0）回复(0）举报 2023-11-19

hpcdzsge2#

正如@gexicide所提到的，问题是compare_exchange函数用原子变量的当前值更新expected变量。这也是为什么你必须首先使用局部变量unlatched的原因。为了解决这个问题，你可以在每次循环迭代中将unlatched设置回false。
然而，与其使用compare_exchange来处理它的接口不太适合的事情，不如使用std::atomic_flag来处理：

class SpinLock {
    std::atomic_flag locked = ATOMIC_FLAG_INIT ;
public:
    void lock() {
        while (locked.test_and_set(std::memory_order_acquire)) { ; }
    }
    void unlock() {
        locked.clear(std::memory_order_release);
    }
};

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来源：cppreference
手动指定内存顺序只是一个小的潜在性能调整，我从源代码中复制了这一点。如果简单性比最后一点性能更重要，您可以坚持使用默认值，只需调用locked.test_and_set() / locked.clear()。
顺便说一句：std::atomic_flag是唯一保证无锁的类型，尽管我不知道任何平台，在std::atomic_bool上的操作不是无锁的。

**更新：**正如@大卫施瓦茨，@安东和@Technik Empire的评论中所解释的那样，空循环有一些不良的影响，如分支错误预测，HT处理器上的线程饥饿和过高的功耗-所以简而言之，这是一种非常低效的等待方式。影响和解决方案是架构，平台和应用程序特定的。我不是Maven，但通常的解决方案似乎是在Linux上添加cpu_relax()或在Windows上添加YieldProcessor()到循环体。