C++ 并發(fā)編程：使用原子類和內(nèi)存屏障保障并發(fā)安全
在多線程環(huán)境中，并發(fā)編程是處理共享資源的常見技術(shù)。然而，如果不采取適當?shù)拇胧l(fā)訪問可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)競爭和內(nèi)存可見性問題。為了解決這些問題，C++ 提供了原子類和內(nèi)存屏障。
原子類
原子類是一種封裝了基本類型的特殊類，可確保即使在多線程環(huán)境中，對其實例的訪問也具有原子性。這避免了在讀寫共享變量時發(fā)生數(shù)據(jù)競爭。
內(nèi)存屏障
內(nèi)存屏障是一種特殊指令，用于在不同線程之間強制作序。它們可確保在屏障之前執(zhí)行的所有內(nèi)存訪問在屏障之后對其可見。C++ 中提供了四種類型的內(nèi)存屏障：
memory_order_acquire：禁止亂序訪問，并確保屏障之前的所有寫入都對所有線程可見。
memory_order_release：禁止亂序訪問，并確保屏障之后的所有讀取都會獲取之前的所有寫入。
memory_order_acq_rel：結(jié)合 memory_order_acquire 和 memory_order_release 的功能。
memory_order_seq_cst：最嚴格的屏障，可確保所有程序順序。
實戰(zhàn)案例
考慮以下示例，其中兩個線程共享一個計數(shù)器：
// 原子計數(shù)器
std::atomic<int> counter;
void thread1() {
// ...
counter.fetch_add(1, std::memory_order_release);
// ...
}
void thread2() {
// ...
int value = counter.load(std::memory_order_acquire);
// ...
}
登錄后復(fù)制
在 thread1 中，fetch_add 操作使用 memory_order_release 屏障，確保對 counter 的寫入在所有線程中都可見。在 thread2 中，load 操作使用 memory_order_acquire 屏障，確保在讀取 counter 之前獲取所有以前對 counter 的寫入。這消除了數(shù)據(jù)競爭和內(nèi)存可見性問題。
注意
內(nèi)存屏障可能會降低性能。因此，僅在必要時才使用它們。此外，始終使用 std::memory_order_seq_cst 來保證最高的內(nèi)存可見性，但它也是性能開銷最大的。
