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提问者：小点点

C 11使用标头“<原子>”实现自旋锁


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);
    }
};

我实现了上面的类和两个线程调用add（）方法的同一实例的Node类1000万次每个线程。

结果很遗憾，2000万。我在这里错过了什么？


共2个答案

匿名用户

问题是compare_exchange_weak一旦失败就会更新未锁定的变量。从的留档compare_exchange_weak：

将原子对象的包含值的内容与预期值进行比较：-如果为真，则将包含的值替换为val（如store）。-如果为假，则将预期替换为包含的值。

也就是说，在第一次失败的compare_exchange_weak之后，未锁存的将被更新为true，因此下一次循环迭代将尝试使用truecompare_exchange_weaktrue。这成功了，您只是获得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unlatch设置回false，例如：

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

匿名用户

正如@gecicide提到的，问题是compare_exchange函数用原子变量的当前值更新预期的变量。这也是为什么你必须首先使用局部变量unlatated的原因。为了解决这个问题，你可以在每次循环迭代中将unlatated设置回false。

然而，与其使用compare_exchange来处理它的接口不太适合的东西，不如使用std::atomic_flag来代替：

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);
    }
};

资料来源： cpprep

手动指定内存顺序只是一个小的潜在性能调整，这是我从源代码中复制的。如果简单性比最后一点性能更重要，您可以坚持默认值，只需调用锁定。test_and_set（）/lock. 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，其中std::atomic_bool上的oparations不是无锁的。

更新：正如@大卫·施瓦茨、@安东和@技术帝国的评论中所解释的，空循环有一些不良影响，如分支错误扩展、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。影响和解决方案是特定于架构、平台和应用程序的。我不是专家，但通常的解决方案似乎是在linux上添加cpu_relax（）或在windows上添加YieldProcator（）到循环主体。

EDIT2：需要明确的是：这里介绍的便携式版本（没有特殊的cpu_relax等说明）应该对许多应用程序来说已经足够好了。如果你的自旋锁因为别人长时间持有锁而旋转了很多（这可能已经表明了一般的设计问题），无论如何使用普通的互斥锁可能更好。

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