Programmation simultanée C++ : comment utiliser les classes atomiques et les barrières de mémoire ?

Programmation simultanée C++ : utilisez des classes atomiques et des barrières de mémoire pour garantir la sécurité de la concurrence

Dans un environnement multithread, la programmation simultanée est une technique courante pour gérer les ressources partagées. Cependant, si des mesures appropriées ne sont pas prises, l'accès simultané peut entraîner des courses de données et des problèmes de visibilité de la mémoire. Pour résoudre ces problèmes, C++ fournit des classes atomiques et des barrières de mémoire.

Classe atomique

La classe atomique est une classe spéciale qui encapsule un type de base, garantissant que l'accès à ses instances est atomique même dans un environnement multithread. Cela évite les courses de données lors de la lecture et de l'écriture de variables partagées.

Barrière mémoire

Une barrière mémoire est une instruction spéciale utilisée pour forcer un programme entre différents threads. Ils garantissent que tous les accès mémoire effectués avant la barrière soient visibles après la barrière. Quatre types de barrières de mémoire sont fournis en C++ :

• memory_order_acquire : interdit l'accès dans le désordre et garantit que toutes les écritures avant la barrière sont visibles par tous les threads.
memory_order_acquire：禁止乱序访问，并确保屏障之前的所有写入都对所有线程可见。
• memory_order_release：禁止乱序访问，并确保屏障之后的所有读取都会获取之前的所有写入。
• memory_order_acq_rel：结合 memory_order_acquire 和 memory_order_release 的功能。
• memory_order_seq_cst：最严格的屏障，可确保所有程序顺序。

实战案例

考虑以下示例，其中两个线程共享一个计数器：

// 原子计数器
std::atomic<int> counter;

void thread1() {
    // ...
    counter.fetch_add(1, std::memory_order_release);
    // ...
}

void thread2() {
    // ...
    int value = counter.load(std::memory_order_acquire);
    // ...
}

在 thread1 中，fetch_add 操作使用 memory_order_release 屏障，确保对 counter 的写入在所有线程中都可见。在 thread2 中，load 操作使用 memory_order_acquire 屏障，确保在读取 counter 之前获取所有以前对 counter 的写入。这消除了数据竞争和内存可见性问题。

注意

内存屏障可能会降低性能。因此，仅在必要时才使用它们。此外，始终使用 std::memory_order_seq_cstmemory_order_release : interdit l'accès dans le désordre et garantit que toutes les lectures après la barrière acquerront toutes les écritures précédentes.

memory_order_acq_rel : Combine les fonctions de memory_order_acquire et de memory_order_release. 🎜memory_order_seq_cst : La barrière la plus stricte pour garantir l'ordre de tous les programmes. 🎜🎜Cas pratique🎜🎜🎜Considérons l'exemple suivant, où deux threads partagent un compteur : 🎜rrreee🎜Dans thread1, l'opération fetch_add Utilisez la barrière memory_order_release pour vous assurer que les écritures sur counter sont visibles par tous les threads. Dans thread2, l'opération load utilise la barrière memory_order_acquire pour garantir que toutes les paires précédentes de sont acquises avant de lire le compteur <code> Ecriture du >compteur. Cela élimine les courses de données et les problèmes de visibilité de la mémoire. 🎜🎜🎜Remarque 🎜🎜🎜Les barrières de mémoire peuvent réduire les performances. Par conséquent, utilisez-les uniquement lorsque cela est nécessaire. De plus, utilisez toujours std::memory_order_seq_cst pour garantir la meilleure visibilité de la mémoire, mais cela entraîne également la surcharge de performances la plus élevée. 🎜

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