原子变量是无锁的吗？

Question

当我们谈论原子变量时，比如C++11的

atomic<>

，它是无锁的吗？或者无锁有什么不同？如果我用原子变量管理队列，它会比无锁队列慢吗？

Answer 1

该标准没有指定原子对象是否是无锁的。在不为类型 T 提供无锁原子操作的平台上，

atomic<T>

对象可以使用互斥锁来实现，这不是无锁的。在这种情况下，在其实现中使用这些对象的任何容器也将不是无锁的。

该标准确实提供了一种方法来检查

atomic<T>

变量是否是无锁的：您可以使用

var.is_lock_free()

或

atomic_is_lock_free(&var)

。这些函数保证在给定程序执行时始终为相同类型

T

返回相同的值。对于诸如

int

之类的基本类型，还提供了宏（例如

ATOMIC_INT_LOCK_FREE

）来指定是否可以对该类型进行无锁原子访问。

Answer 2

无锁通常适用于多个线程之间共享的数据结构，其中同步机制是不是互斥；目的是所有线程都应该继续取得某种进展，而不是在互斥锁上休眠。

atomic<T>

变量不使用锁（至少在您的平台上

T

本身是原子的），但它们不是上述意义上的无锁。您可以在无锁容器的实现中使用它们，但它们本身还不够。

例如，

atomic<queue<T>>

不会突然将普通的

std::queue

变成无锁数据结构。然而，您可以实现一个真正无锁的

atomic_queue<T>

，其成员是

atomic

。

请注意，即使

atomic<int>

本质上是原子的，并且在平台上没有用锁来模拟，但这并不以任何有趣的方式使其成为 无锁。从这个意义上说，Plain

int

already 无锁：

atomic<>

包装器使您可以显式控制内存排序以及对硬件同步原语的访问。