C++ 동시 프로그래밍: 원자 클래스와 메모리 장벽을 사용하는 방법은 무엇입니까?

C++ 동시 프로그래밍: 원자 클래스 및 메모리 장벽을 사용하여 동시성 안전성 보장

멀티 스레드 환경에서 동시 프로그래밍은 공유 리소스를 처리하는 일반적인 기술입니다. 그러나 적절한 조치를 취하지 않으면 동시 액세스로 인해 데이터 경합 및 메모리 가시성 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 C++에서는 원자 클래스와 메모리 장벽을 제공합니다.

Atomic 클래스

Atomic 클래스는 기본 유형을 캡슐화하는 특수 클래스로, 다중 스레드 환경에서도 해당 인스턴스에 대한 액세스가 원자적으로 이루어지도록 보장합니다. 이렇게 하면 공유 변수를 읽고 쓸 때 데이터 경합이 방지됩니다.

메모리 장벽

메모리 장벽은 서로 다른 스레드 간에 프로그램을 강제로 실행하는 데 사용되는 특수 명령입니다. 이는 장벽 이전에 수행된 모든 메모리 액세스가 장벽 이후에도 표시되도록 보장합니다. C++에는 네 가지 유형의 메모리 장벽이 제공됩니다.

• memory_order_acquire: 순서가 잘못된 액세스를 허용하지 않고 장벽 이전의 모든 쓰기가 모든 스레드에 표시되도록 합니다.
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: 순서가 잘못된 액세스를 허용하지 않고 장벽 이후의 모든 읽기가 이전의 모든 쓰기를 획득하도록 보장합니다.

memory_order_acq_rel: memory_order_acquire 및 memory_order_release 기능을 결합합니다. 🎜memory_order_seq_cst: 모든 프로그램 순서를 보장하는 가장 엄격한 장벽입니다. 🎜🎜실용 사례🎜🎜🎜두 스레드가 카운터를 공유하는 다음 예를 고려해보세요. 🎜rrreee🎜 thread1에서 fetch_add 작업 counter에 대한 쓰기가 모든 스레드에 표시되도록 하려면 memory_order_release 장벽을 사용하세요. thread2에서 load 작업은 memory_order_acquire 장벽을 사용하여 카운터를 읽기 전에 모든 이전 <code> 쌍이 획득되도록 합니다. >counter 쓰기. 이를 통해 데이터 경합 및 메모리 가시성 문제가 제거됩니다. 🎜🎜🎜참고 🎜🎜🎜메모리 장벽으로 인해 성능이 저하될 수 있습니다. 따라서 필요한 경우에만 사용하십시오. 또한 항상 std::memory_order_seq_cst를 사용하여 최고의 메모리 가시성을 보장하지만 성능 오버헤드도 가장 높습니다. 🎜

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