Gcc内置原子操作__sync_系列函数

Gcc内置原子操作__sync_系列函数简述及例程

Gcc 4.1.2版本之后，对X86或X86_64支持内置原子操作。就是说，不需要引入第三方库（如pthread）的锁保护，即可对1、2、4、8字节的数值或指针类型，进行原子加/减/与/或/异或等操作。

1. __sync_fetch_and_add系列一共有十二个函数，有加/减/与/或/异或/等函数的原子性操作函

__snyc_fetch_and_add : 先fetch然后自加,返回的是自加以前的值
__snyc_add_and_fetch : 先自加然后返回,返回的是自加以后的值 (参照 ++i 和 i++)

__snyc_fetch_and_add的一个简单使用:
int count = 4;
__sync_fetch_and_add(&count, 1); // __sync_fetch_and_add(&count, 1) == 4
cout<<count<<endl; //--->count=5

2.对于多线程对全局变量进行自加，我们就再也不用理线程锁了。

下面这行代码，和上面被pthread_mutex保护的那行代码作用是一样的，而且也是线程安全的。

__sync_fetch_and_add( &global_int, 1 );

将__sync_系列17个函数声明整理简化如下:

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value, ...);
type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value, ...);
type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value, ...);
type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value, ...);
type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value, ...);
type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value, ...);
type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value, ...);
type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value, ...);
type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value, ...);
type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value, ...);
type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value, ...);
type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value, ...);

__sync_fetch_and_add,速度是线程锁的6～7倍

type可以是1,2,4或者8字节长度的int类型,即:

int8_t
uint8_t

int16_t
uint16_t

int32_t
uint32_t

int64_t
uint64_t

3.例程

并编写了一个简单小例子，测试多个工作线程同时对同一个全局变量g_iSum进行加法操作时，使用__sync_fetch_and_add()原子操作进行原子加法，和不使用原子操作进行普通加法，观察它们运行结果的区别。每个工作线程加500万次，共10个工作线程，预期结果是5000万。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

int g_iFlagAtom = 1;
#define WORK_SIZE 5000000
#define WORKER_COUNT 10
pthread_t g_tWorkId[WORKER_COUNT];
int g_iSum;

void* thr_work(void *arg)
{
    printf("Work Thread %08X Startup\n", (unsigned int)pthread_self());
    int i;
    for(i = 0; i < WORK_SIZE; i++)
    {
        if(g_iFlagAtom)
            __sync_fetch_and_add(&g_iSum, 1);
        else
            g_iSum++;
    }
    return NULL;
}

void* thr_management(void *arg)
{
    printf("Management Thread %08X Startup\n", (unsigned int)pthread_self());
    int i;
    for(i = 0; i < WORKER_COUNT; i++)
    {
        pthread_join(g_tWorkId[i], NULL);
    }

    printf("All Work Thread Finished!\n");
    return NULL;
}

int main(int argc, const char* argv[])
{
    pthread_t tManagementId;
    pthread_create(&tManagementId, NULL, thr_management, NULL);
    int i;
    for(i = 0; i < WORKER_COUNT; i++)
    {
        pthread_create(&g_tWorkId[i], NULL, thr_work, NULL);
    }
    printf("create %d worker threads\n", i);
    pthread_join(tManagementId, NULL);
    printf("the sum:%d\n", g_iSum);
    return 0;
}

不使用原子操作

将g_iFlagAtom = 0，即不使用原子操作，可以看到输出结果无法达到预期的50000000，而且每次执行都可能得到不同的值。

gcc -Wall -o atom atom.cc -l pthread
./atom

使用原子操作

将g_iFlagAtom = 1，即使用原子操作，可以看到输出结果为预期的50000000，而且每次执行都得到这个值不变。

gcc -Wall -o atom1 atom.cc -l pthread
./atom1