CAS与原子操作

什么是原子操作？

• 原子操作是一种在执行过程中不会被中断的操作。它要么完全执行成功，要么完全不执行，确保在操作完成之前其他线程不会看到操作的中间状态。

原子操作的实现

1. CAS

   • CAS是由 CPU 提供的原子指令。在硬件级别上确保操作的原子性。不涉及上下文切换，性能高
   • 主要用途：单个变量更新

2. posix锁机制：mutex互斥锁、spinlock自旋锁

   • 互斥锁依赖CAS，且涉及上下文切换，开销大
   • 主要用途：保护代码临界区，涉及多条cpu指令和变量的更新

3. std::atomic 类：

   • C++ 提供了 std::atomic 类，即原子变量。它封装了底层的原子指令，c++对原子变量的操作确保原子性

   • 基于cas实现

   • std::atomic 的内存序

   • std::atomic 还提供了内存序（memory ordering）选项，这决定了原子操作的可见性和顺序约束。例如：

   • memory_order_relaxed：不提供额外的同步或顺序保证。

   • memory_order_acquire：保证在原子操作之前的操作对当前线程可见。

   • memory_order_release：保证在原子操作之后的操作对其他线程可见。

   • memory_order_acq_rel：同时保证 acquire 和 release 语义。

   • memory_order_seq_cst：提供最严格的顺序保证。

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