C++原子操作

C++原子操作

背景

原子操作

并发系统要保证数据的有序性，需要对数据进行有序访问，保持数据的有序访问有两种方式：锁和原子操作。
锁相对于原子操作更容易理解，不容易错误，缺点是锁会造成线程切换，耗时会比较多，在一些极端场景，如
高频交易，线程切换所产生的耗时是不能忍受的.所以，在高频交易场景都会优先考虑原子操作。

原理

原子操作的原理其实非常简单，其本质就是一个自旋锁，不停的做比较并交换的操作，因为它会一直占用CPU
，所以不存在线程切换的耗时。

底层实现

• 总线锁
• 缓存锁
• CAS指令

查阅了一些相关资料，原子底层可能是通过上面三种方式实现，一直没有找到真正权威的文章。

场景

原子操作用于高并发场景，为什么呢？前面我们提到过，保证并发的有序性有两种方法：锁和原子操作。如果
用锁，当并发达到一定量级后，如果一个锁占用了CPU，其它线程让出CPU，进入休眠状态，如果这时候占有
锁的线程释放了锁，操作系统会通知其它线程去占用锁，这个过程因为涉及到操作系统的操作，所以会非常耗
时，并发的线程数多的时候，就会有大量CPU消耗在线程调度上，而原子操作，由于是自旋锁，线程不会让出
CPU资源，所以不存在线程调度，所以响应会非常快，对于金融高频场景非常适合。

CAS(比较并交换)

atomic

C++ Memory model

Memery model

编译器有时候为了优化，并不按我们代码的顺序进行执行，这样在单线程环境下没有任何影响，但是在高并发
的情况下，这就是致命的，所以C++11引入了Memory model，程序员可以自己指定编译器要不要严格按照顺
序执行，如果程序员自己知道不按照顺序执行没有影响，那么可以让编译器自己优化，这样程序的执行的效率
会非常高。C++11规范相当于提供了一个语法让程序员自己决定要不要进行优化。

总结