多線程使用CAS替換互斥鎖

1. 不加鎖，線程不安全

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <thread>

using namespace std;
using namespace chrono;

int g_sum = 0;

void add(int num) {
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        g_sum += num;
    }
    return;
}
int main(int argc, char const *argv[]) {
    auto start = system_clock::now();
    std::thread t1(add, 1);
    std::thread t2(add, 1);
    t1.join();
    t2.join();
    std::cout << "sum:" << g_sum << std::endl;
    auto end = system_clock::now();
    auto duration = duration_cast<microseconds>(end - start);
    cout << "花費了"
         << double(duration.count()) * microseconds::period::num /
                microseconds::period::den
         << "秒" << endl;
    return 0;
}

           

輸出，可以看出這塊是線程不安全的，每次輸出的資料都不一樣

[[email protected] test-codes]# ./simple 
sum:10292677
花費了0.374036秒
[[email protected] test-codes]# ./simple 
sum:11729970
花費了0.417374秒
[[email protected] test-codes]# ./simple 
sum:14425458
花費了0.417321秒
           

1. 加鎖來保證線程安全，耗時11s

std::mutex g_mutex;
void add(int num) {
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        std::lock_guard<std::mutex> guard(g_mutex);
        g_sum += num;
    }
    return;
}
           

[[email protected] test-codes]# ./simple 
sum:50000000
花費了11.5244秒
[[email protected] test-codes]# ./simple 
sum:50000000
花費了11.683秒
[[email protected] test-codes]# ./simple 
sum:50000000
花費了11.3936秒
           

1. 使用cas, 在保證正确的情況下，耗時較互斥鎖時間短，8s左右

void add(int num) {
    int old_g_sum = g_sum;
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        while (
            !__sync_bool_compare_and_swap(&g_sum, old_g_sum, old_g_sum + 1)) {
            old_g_sum = g_sum;
        }
    }
    return;
}
           

[[email protected] test-codes]# ./simple 
sum:50000000
花費了7.90655秒
[[email protected] test-codes]# ./simple 
sum:50000000
花費了8.69977秒
[[email protected] test-codes]# ./simple 
sum:50000000
花費了8.88852秒
           

編譯方式

g++ -std=c++11 -lpthread -march=nocona -mtune=generic simple.cpp -o simple

如果不加這倆參數，實際1和2差别不大。這倆參數擴充了編譯性能。

如代碼上面所示，其實CAS就是 compare and swap， 保留舊值，在寫入新值之前，如果新值舊值相同(可以了解成上下文相同)則進行更新操作。

CAS是compare and swap, 簡單來說就是，在寫入新值之前， 讀出舊值， 當且僅當舊值與存儲中的目前值一緻時，才把新值寫入存儲。是一種流行的無所算法，他隻需要一步CPU指令，是以速度快。