std::atomic 变量与非原子变量的性能如何？

Question

我很好奇在应用程序中使用

std::atomic<float>

与普通

float

的性能。我也很好奇是什么影响了这个。我经常看到有关原子与互斥体性能的主题，但我发现很难找到有关原子与非原子的信息。

我并不是用它来选择是否使我的代码线程安全，只是想了解所涉及的开销。

（编辑：在最初的问题中，我给出了一个示例（见下文），该示例应该说明实现的更改，而不是询问有关该代码的具体问题。这似乎让人们对我的内容感到困惑问了所以我把它拿出来了。）

我基本上想知道影响 std::atomic 性能的广泛因素是什么。是平台吗？它们的使用方式？使用两个线程访问大约相同数量的原子是否比一个线程 95% 的时间访问它们而另一个线程偶尔访问原子要慢？

另外，

std::atomic<int>

和

std::atomic<float>

在这方面有什么区别吗？

提前致谢，

亚当

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原始问题的示例：

基本上，我尝试制作一百万个浮点并向它们写入值 200 次。这对我来说花了 0.87 秒。一旦我将它们更改为

std::atomic<float>

，这大约需要 2.5 秒。因此，这意味着使用成本大约是原来的 3 倍

std::atomic<float>

。

我尝试了这个，但为了读取值而不是写入，发现正常的

float

和

std::atomic<float>

花费相同的时间。

但这会受到其他因素的影响吗？如果另一个线程正在写入/读取我的原子，这是否会减慢其他对同一变量的读取/写入速度？大概是这样，但是我怎样才能更好地理解这一点？

Answer 1

没有排序参数（即默认值）的原子存储非常昂贵，因为编译器会发出额外的排序指令。

在

x86

上，浮点数的默认（顺序一致）原子存储如下所示：

atomic<float> f;
f.store(3.14);

gcc

产生以下指令：

0x00000000004006d0 <+0>:     movl   $0x4048f5c3,0x20096a(%rip)        # 0x601044 <f>
0x00000000004006da <+10>:    mfence

mfence

指令很昂贵，因为它确保对其他内核的直接可见性（即导致存储缓冲区被刷新）。

您可以尝试在不订购的情况下运行测试：

f.store(3.14, std::memory_order_relaxed);

这将消除

mfence

，并且可能会显示出显着的性能差异。它在某些平台上更接近（如果不是相等的话）非原子商店。

在这方面，

std::atomic<int>

和

std::atomic<float>

之间有什么区别吗？

假设两者都是无锁的，可能不是。排序限制是导致性能降低的原因。