转载自:
http://blog.csdn.net/yockie/article/details/8838686
 所谓的原子操作,取的就是“原子是最小的、不可分割的最小个体”的意义,它表示在多个线程访问同一个全局资源的时候,能够确保所有其他的线程都不在同一时间内访问相同的资源。也就是他确保了在同一时刻只有唯一的线程对这个资源进行访问。这有点类似互斥对象对共享资源的访问的保护,但是原子操作更加接近底层,因而效率更高。

在以往的C++标准中并没有对原子操作进行规定,我们往往是使用汇编语言,或者是借助第三方的线程库,例如intel的pthread来实现。在新标准C++,引入了原子操作的概念,并通过这个新的头文件提供了多种原子操作数据类型,例如,atomic_bool,atomic_int等等,如果我们在多个线程中对这些类型的共享资源进行操作,编译器将保证这些操作都是原子性的,也就是说,确保任意时刻只有一个线程对这个资源进行访问,编译器将保证,多个线程访问这个共享资源的正确性。从而避免了锁的使用,提高了效率。

我们还是来看一个实际的例子。假若我们要设计一个广告点击统计程序,在服务器程序中,使用多个线程模拟多个用户对广告的点击:

#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <atomic>
#include <iostream>
#include <time.h>

using namespace std;
// 全局的结果数据
; 

// 点击函数
void click()
{
    ; i<;++i)
    {
        // 对全局数据进行无锁访问
        total += ;
    }
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    // 计时开始
    clock_t start = clock();
    // 创建100个线程模拟点击统计
    boost::thread_group threads;
    ; i<;++i)
    {
        threads.create_thread(click);
    }

    threads.join_all();
    // 计时结束
    clock_t finish = clock();
    // 输出结果
    cout<<"result:"<<total<<endl;
    cout<<"duration:"<<finish -start<<"ms"<<endl;
    ;
}

从执行的结果来看,这样的方法虽然非常快,但是结果不正确
E:\SourceCode\MinGW>thread.exe
result:
duration:528ms

很自然地,我们会想到使用互斥对象来对全局共享资源的访问进行保护,于是有了下面的实现:

;
// 对共享资源进行保护的互斥对象
mutex m;

void click()
{
    ; i<;++i)
    {
        // 访问之前,锁定互斥对象
        m.lock();
        total += ;
        // 访问完成后,释放互斥对象
        m.unlock();
    }
}
互斥对象的使用,保证了同一时刻只有唯一的一个线程对这个共享进行访问,从执行的结果来看,互斥对象保证了结果的正确性,但是也有非常大的性能损失,从刚才的528ms变成了现在的8431,用了原来时间的10多倍的时间。这个损失够大。
E:\SourceCode\MinGW>thread.exe
result:
duration:8431ms

如果是在C++11之前,我们的解决方案也就到此为止了,但是,C++对性能的追求是永无止境的,他总是想尽一切办法榨干CPU的性能。在C++11中,实现了原子操作的数据类型(atomic_bool,atomic_int,atomic_long等等),对于这些原子数据类型的共享资源的访问,无需借助mutex等锁机制,也能够实现对共享资源的正确访问。

// 引入原子数据类型的头文件
#include <atomic> 

// 用原子数据类型作为共享资源的数据类型
atomic_long total();
//long total = 0;

void click()
{
    ; i<;++i)
    {
        // 仅仅是数据类型的不同而以,对其的访问形式与普通数据类型的资源并无区别
        total += ;
    }
}

我们来看看使用原子数据类型之后的效果如何:
E:\SourceCode\MinGW>thread.exe
result:
duration:2105ms

结果正确!耗时只是使用mutex互斥对象的四分之一!也仅仅是不采用任何保护机制的时间的4倍。可以说这是一个非常不错的成绩了。

原子操作的实现跟普通数据类型类似,但是它能够在保证结果正确的前提下,提供比mutex等锁机制更好的性能,如果我们要访问的共享资源可以用原子数据类型表示,那么在多线程程序中使用这种新的等价数据类型,是一个不错的选择。

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