C 11 Parallelität: Wann sollte ich „atomic' statt „volatile' verwenden?

Parallelität: Atomizität und Volatilität im C 11-Speichermodell

In Szenarien, in denen mehrere Threads gleichzeitig auf gemeinsame Ressourcen zugreifen, ist die Gewährleistung der Datenintegrität von entscheidender Bedeutung. C 11 führte atomare und volatile Schlüsselwörter ein, um solche Szenarien unterschiedlich zu behandeln.

Volatile: Ein Hinweis, keine Garantie

Volatile bedeutet für den Compiler, dass sich eine Variable asynchron ändern kann , was dazu führt, dass immer aus dem Speicher gelesen und in den Speicher geschrieben wird, wodurch potenzielle Optimierungen vermieden werden, die zu veralteten Werten führen könnten. Volatile garantiert jedoch keinen atomaren Zugriff, was bedeutet, dass mehrere Threads dennoch gleichzeitig darauf zugreifen können, was möglicherweise zu Inkonsistenzen führt.

Atomic: Atomicity erzwingen

Im Gegensatz dazu bieten atomare Typen starke Garantien der Atomizität. Operationen an atomaren Variablen werden atomar ausgeführt, wodurch sichergestellt wird, dass jeweils nur ein Thread die Variable ändern kann. Dies verhindert die Möglichkeit veralteter Wertlesevorgänge.

Verhalten in einem Multithread-Szenario

In Ihrem Beispiel mit einer gemeinsam genutzten globalen Variablen, auf die mehrere Threads zugreifen, würde volatile jeden Thread zulassen um möglicherweise veraltete Werte aus dem eigenen Cache zu lesen. Atomics hingegen würden die Atomizität erzwingen und sicherstellen, dass alle Threads den aktuellsten Wert lesen.

Vorteile von Atomics gegenüber Volatile

• Stärkere Garantien: Atomics bieten absolute Atomizität und eliminieren das Risiko von Datenrennen und veralteten Daten liest.
• Vereinfachte Speicherreihenfolge: Atomare Operationen übernehmen automatisch die Speicherreihenfolge, vereinfachen den Code und reduzieren das Fehlerpotenzial.
• Erhöhte Effizienz: Während Atomics haben zwar einen gewissen Leistungsaufwand, sie können in Szenarien mit Datenkonsistenz effizienter als volatile sein kritisch.

Fazit

In einer Multithread-Umgebung, in der auf gemeinsam genutzte Variablen gleichzeitig zugegriffen werden muss, bieten atomare Typen eine bessere Wahl als flüchtige. Ihre starken Atomaritätsgarantien stellen die Datenintegrität sicher, vereinfachen die Speicherordnung und verbessern möglicherweise die Effizienz in leistungskritischen Szenarien.

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