如何仅使用 32 位原子实现 64 位原子计数器？

使用 32 位原子实现 64 位原子计数器

简介：

本文介绍了 64 位原子计数器的设计和实现，使用32 位原子操作。它旨在提供对共享计数器的高效、无锁访问，特别适合具有多个读取器和单个写入器的场景。

设计注意事项：

建议的设计基于“SeqLock”的概念，它利用 32 位生成计数，其中低位用作读锁

代码实现：

class counter {
    atomic<uint32_t> lo_;
    atomic<uint32_t> hi_;
    atomic<uint32_t> gen_;

    uint64_t read() const {
        auto acquire = memory_order_acquire;
        uint32_t lo, hi, gen1, gen2;
        do {
            gen1 = gen_.load(acquire);
            lo = lo_.load(acquire);
            hi = hi_.load(acquire);
            gen2 = gen_.load(acquire);
        } while (gen1 != gen2 || (gen1 & 1));
        return (uint64_t(hi) <p><strong>设计评估：</strong></p>
<ol>
<li>
<strong>正确性：</strong> 该设计提供了 64 位原子计数器的有效实现，防止竞争条件并确保所有线程都看到一致的值。</li>
<li>
<strong>效率：</strong>使用 32 位原子而不是 64 位原子可以提高性能，特别是在 64 位原子操作成本高昂的系统中。</li>
<li>
<strong>无锁性：</strong>SeqLock设计消除了对锁的需求，从而实现高并发访问</li>
</ol>
<p><strong>替代解决方案：</strong></p>
<p>需要注意的是，原子读-修改-写（RMW）操作对于增量操作。相反，更有效的方法是使用带有释放内存排序的纯加载和存储：</p>
<pre class="brush:php;toolbar:false">void increment() {
    auto release = memory_order_release;
    uint64_t count = lo_.load(release) | (uint64_t(hi_.load(release)) > 32) & uint32_t(-1), release);
}

结论：

建议的实现提供了一个高效且正确的解决方案用于使用 32 位原子创建 64 位原子计数器。 SeqLock 设计确保计数器在无锁的情况下运行，同时允许多个读取器和单个写入器同时操作，而不会引入数据竞争。

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