muduo库学习篇-AtomicIntegerT模板原子类的实现

为什么需要原子操作：

在我们平时工作中总会有i++这种类似的代码，这样的代码在不涉及多线程编程的时候是没有问题的， 但是一旦在多线程编程中变量i是一个全局变量的话，那么就会很容易出现错误。因为i++不是原子操作，一个i++分为以下几个步骤

• i从内存中读x的值到寄存器中，
• 对寄存器加1，
• 再把新值写回x所处的内存地址，

当一个线程执行一半的时候，i的使用权被另外的线程拿去，那么得到就不是我们想要的值了。

解决的方法就是，让这几个操作步骤能一次完成，在一个线程执行操作时，不允许其他线程进行操作，和数据库的事务的概念差不多。照着这个思路其实对应的有两种方法。

• 通过锁机制实现
• 通过原子操作实现

muduo库原子操作：

代码：

#include "muduo/base/noncopyable.h"
#include 
namespace muduo
{

namespace detail
{
template
class AtomicIntegerT : noncopyable
{
 public:
  AtomicIntegerT()
    : value_(0)
  {
  }

  // uncomment if you need copying and assignment
  //
  // AtomicIntegerT(const AtomicIntegerT& that)
  //   : value_(that.get())
  // {}
  //
  // AtomicIntegerT& operator=(const AtomicIntegerT& that)
  // {
  //   getAndSet(that.get());
  //   return *this;
  // }

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

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

  T addAndGet(T x)
  {
    return getAndAdd(x) + x;
  }

  T incrementAndGet()
  {
    return addAndGet(1);
  }

  T decrementAndGet()
  {
    return addAndGet(-1);
  }

  void add(T x)
  {
    getAndAdd(x);
  }

  void increment()
  {
    incrementAndGet();
  }

  void decrement()
  {
    decrementAndGet();
  }

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

 private:
  volatile T value_;
};
}  // namespace detail

typedef detail::AtomicIntegerT AtomicInt32;
typedef detail::AtomicIntegerT AtomicInt64;

}  // namespace muduo

#endif  // MUDUO_BASE_ATOMIC_H

通过查看muduo中AtomicIntegerT源码我们可以学习到的知识点有下面这些：

• 模板类的构建

  既然是一个原子类，在设计的时候肯定是要支持多种类型，所以很自然的就会用到泛型编程的技术

• volatile 关键字

  可以看到原子类中模板成员变量的类型前面有volatile关键字，那么volatile有什么用呢？

  当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，而不是使用保存在寄存器中的备份。即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存，这样的话在多线程编程中就能保证读取的数据值一定是最新的，这也是这个原子类中为什么成员变量一定要使用volatile的原因

• gcc提供原子操作系列函,详情参考

  • type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value) 原子自增操作

    这个函数是先取后加

  • type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr,type oldval，type newval) 和 bool__sync_bool_compare_and_swap(type *ptr,type oldval，type newval)原子比较函数

  • type __sync_lock_test_and_set (type *ptr,type value)原子赋值函数

拓展：

通过原子操作，实现线程安全的无锁队列，详情参考