muduo源码学习base——Atomic(原子操作与原子整数）

news2025/1/13 7:55:38

Atomic(原子操作与原子整数）

前置知识
AtomicIntegerT
- get()
- getAndAdd()
- getAndSet()
关于原子操作实现无锁队列(lock-free-queue)

前置知识

happens-before：

用来描述两个操作的内存可见性如果操作 X happens-before 操作 Y，那么 X 的结果对于 Y 可见

六种内存序：
typedef enum memory_order {
   memory_order_relaxed,   // relaxed不对执行顺序做保证
   memory_order_consume,   // consume暂时不鼓励使用 memory_order_consume
   memory_order_acquire,   // acquire本线程中,所有后续的读操作必须在本条原子操作完成后执行
   memory_order_release,   // release本线程中,所有之前的写操作完成后才能执行本条原子操作
   memory_order_acq_rel,   // acquire/release同时包含memory_order_acquire 和 memory_order_release
   memory_order_seq_cst    // sequentially consistent保证指令的顺序一致执行，不打开编译器优化指令，按照正常的指令序执行
} memory_order;
gcc的原子操作__sync_（不推荐）：使用这些原子操作gcc编译时要加上选项 -march=cpu-type

bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval, type newval, ...)
比较*ptr与oldval的值，如果相等则将newval更新到*ptr并返回true
type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval, type newval, ...)
比较*ptr与oldval的值，如果相等则将newval更新到*ptr并返回操作之前*ptr的值
type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...)加,返回更新前的值
type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...)减
type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...)或
type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...)与
type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...)异或
type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...)与非
type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value, ...)返回更新后的值
type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value, ...)
type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value, ...)

原子操作__atomic：（C++11后推荐，使用内存序）

type __atomic_add_fetch(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_sub_fetch(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_and_fetch(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_xor_fetch(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_or_fetch(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_nand_fetch(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_fetch_add(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_fetch_sub(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_fetch_and(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_fetch_xor(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_fetch_or(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_fetch_nand(type *ptr, type val, int memorder)
type __atomic_load_n (type *ptr,int memorder);_n表示加不加字节序memorder，
void__atomic_store_n (type *ptr, type val,int memorder);
type __atomic_exchange_n (type *ptr, type val,int memorder);
bool__atomic_compare_exchange_n (type *ptr, type *expected, type desired,bool weak, int success_memorder,int failure_memorder);
bool __atomic_test_and_set (void *ptr, int memorder)原子地更改 obj 所指向的 atomic_flag 的状态为设置（ true ）
void __atomic_clear (bool *ptr, int memorder)
void __atomic_thread_fence (int memorder)
bool __atomic_always_lock_free (size_t size, void *ptr)
bool __atomic_is_lock_free (size_t size, void *ptr)

谷歌规范const常量命名加k：const int kvalue

关于gcc的编译告警选项：

AtomicIntegerT

muduo::detail::AtomicIntegerT是noncopyable的派生类，不可拷贝
class AtomicIntegerT : noncopyable
类图：

volatile T value_: 用于原子操作的value_值，volatile表示直接从内存取，不从寄存器取，与该变量有关的运算，不要进行编译优化，以免出错
所有其他成员函数都是通过get(), getAndAdd(), getAndSet()来实现的

get()

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

注意选项-march=cpu-type

getAndAdd()

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

注意选项-march=cpu-type

getAndSet()

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