Wert (10);
int erwartet =10;
int gewünscht =20;
while (! value.compare_exchange_weak (erwartet, gewünscht)) {
// Schleife bis der Wert erfolgreich aktualisiert wird.
// Der "erwartete" Wert wird mit dem aktuellen Wert aktualisiert
// Wenn der Vergleich fehlschlägt. Verwenden Sie dies für den nächsten Versuch.
}
// Jetzt 'Wert' wird atomisch auf 20 aktualisiert (wenn es ursprünglich 10 war).
`` `
* Speicherbestellung (C ++): Achten Sie bei der Verwendung von `std ::atomic` genau auf die Speicherbestellung. Dies steuert, wie die Auswirkungen von Atomoperationen zwischen Threads synchronisiert werden. Gemeinsame Speicherbestellungen umfassen:
* `std ::memory_order_relaxed`:Bietet eine minimale Synchronisation. Nützlich für einfache Zähler, in denen strenge Bestellung nicht kritisch ist.
* `std ::memory_order_acquire
* `std ::majed_order_release`:stellt sicher, dass geschriebene Schreibvorgänge für andere Threads sichtbar sind, die den Wert erwerben.
* `std ::memory_order_acq_rel`:kombiniert Semantik Erwerb und Freigabe. Geeignet für LEAD-Modify-Write-Operationen.
* `std ::memory_order_seq_cst`:Bietet eine sequenzielle Konsistenz (stärkste Ordnung). Alle atomaren Operationen scheinen in einer einzigen Reihenfolge zu erfolgen. Es ist der Standard, aber auch der teuerste.
* Wählen Sie die schwächste Bestellung, die Ihre Korrektheitsanforderungen für eine optimale Leistung erfüllt. Übermäßig strenge Ordnung kann zu unnötigem Synchronisationsaufwand führen. Beginnen Sie mit "entspannt" und stärken Sie sich nur, wenn nötig.
4. Entwurf für Fehler- und Kantenfälle:
* Cas Loops: Entwerfen Sie bei der Verwendung von CAS Ihren Code, um potenzielle Ausfälle des CAS -Betriebs zu bewältigen. Der CAS könnte fehlschlagen, wenn ein anderer Thread den Wert zwischen Ihrem Lesen und dem Aktualisierungsversuch ändert. Verwenden Sie Schleifen, die den Wert erneut lesen, den neuen Wert berechnen und die CAS wiederholen, bis er erfolgreich ist.
* ABA Problem: Das ABA -Problem kann bei CAS auftreten, wenn sich ein Wert von A nach B und zurück zu A ändert. Die CAS kann fälschlicherweise erfolgreich sein, obwohl sich der zugrunde liegende Zustand geändert hat. Die Lösungen umfassen die Verwendung von Versionsdatenstrukturen (z. B. Hinzufügen eines Zählers) oder die Verwendung von doppelweiten CAS (falls Sie von Ihrer Hardware unterstützt).
5. Testen und Überprüfung:
* Parallelitätstests: Testen Sie Ihren Code in gleichzeitigen Umgebungen mit mehreren Threads oder Prozessen gründlich.
* Stresstest: Setzen Sie Ihre Anwendung auf hohe Lasten aus, um potenzielle Rassenbedingungen oder andere Probleme mit der Parallelität aufzudecken.
* Statische Analysewerkzeuge: Verwenden Sie statische Analysetools, mit denen mögliche Rassenbedingungen oder andere Parallelitätsfehler erfasst werden können.
* Modellprüfung: Für kritische Anwendungen sollten Sie die Modellprüfungstechniken verwenden, um die Richtigkeit Ihres gleichzeitigen Code formell zu überprüfen. Dies ist ein fortschrittlicherer Ansatz, der starke Garantien für das Fehlen von Parallelitätsfehlern liefern kann.
* Thread Desinfektionsmittel (TSAN): Verwenden Sie Thread -Desinfektionsmittel (z. B. in GCC/Clang), um die Rennbedingungen und andere Threading -Fehler während der Laufzeit automatisch zu erkennen.
6. Code Review und Dokumentation:
* Code Review: Lassen Sie Ihren Code von erfahrenen Entwicklern überprüft, die die gleichzeitige Programmierung und Atomoperationen verstehen. Parallelitätswanzen können subtil und schwer zu finden sein.
* Dokumentation: Dokumentieren Sie klar die Verwendung von Atomoperationen in Ihrem Code und erklären Sie, warum sie notwendig sind und wie sie funktionieren. Dies wird anderen Entwicklern helfen, Ihren Code in Zukunft zu verstehen und aufrechtzuerhalten.
Beispiel:Thread-Safe-Zähler unter Verwendung von Atomoperationen (C ++)
`` `C ++
#include
#include
#include
#include
Klassenatomiccounter {
Privat:
std ::atomic count {0};
öffentlich:
void Increment () {
count.fetch_add (1, std ::memory_order_relaxed); // Die entspannte Bestellung reicht hier aus.
}
int getCount () const {
return count.load (std ::memory_order_relaxed);
}
};
int main () {
Atomiccounter Counter;
int numthreads =10;
int IncomprementssperThread =10000;
std ::vector threads;
für (int i =0; i
threads.emplace_back ([&] () {
für (int j =0; j
counter.increment ();
}
});
}
für (auto &thread:threads) {
thread.join ();
}
std ::cout <<"Finale Count:" <
Rückkehr 0;
}
`` `
Vorteile der Atomprogrammierung:
* Verbesserte Datenintegrität: Verhindert Rennbedingungen und Datenversorgung, was zu einer zuverlässigeren Software führt.
* Effizienz erhöhte: Kann effizienter sein als herkömmliche Verriegelungsmechanismen in bestimmten Szenarien, insbesondere mit feinkörnigen Verriegelungsstrategien.
* Verringerung der Schlossausrichtung: Sperrfreie Algorithmen basierend auf Atomoperationen können die Konkurrenz von Schloss beseitigen, was zu einer besseren Leistung führt.
* vereinfachter Code: Atomare Operationen können den Code manchmal vereinfachen, indem er die Notwendigkeit einer expliziten Sperren und Entsperren beseitigt.
Nachteile der Atomprogrammierung:
* erhöhte Komplexität: Das Implementieren und Debuggen für den gleichzeitigen Code mit Atomoperationen kann komplexer sein als die Verwendung herkömmlicher Verriegelung.
* Potenzial für subtile Fehler: Parallelitätswanzen können subtil und schwer zu erkennen sein.
* Hardwareabhängigkeit: Die Verfügbarkeit und Leistung von Atomoperationen kann je nach zugrunde liegender Hardware variieren.
* erfordert ein tiefes Verständnis: Die ordnungsgemäße Nutzung des Speicherbestells und der Umgang mit Problemen wie dem ABA -Problem erfordert ein solides Verständnis von Parallelitätskonzepten.
Abschließend kann die Einbeziehung der Atomprogrammierung zu erheblichen Verbesserungen von Effizienz und Zuverlässigkeit führen. Es ist jedoch entscheidend, Ihre Problemdomäne sorgfältig zu analysieren, die richtigen atomaren Primitiven auszuwählen und Ihren Code gründlich zu testen, um die Korrektheit zu gewährleisten. Beginnen Sie klein und integrieren Sie nach und nach Atomoperationen in Ihre Codebasis, wenn Sie Erfahrung und Vertrauen gewinnen.
