一、說明

Boost.Atomic 提供類 boost::atomic，可用于創建原子變量。它們被稱為原子變量，因為所有訪問都是原子的。 Boost.Atomic 用于多線程程序，當在一個線程中訪問變量不應被訪問相同變量的另一個線程中斷時。如果沒有 boost::atomic，從多個線程訪問共享變量的嘗試將需要與鎖同步。

boost::atomic 取決于支持原子變量訪問的目標平臺。否則，boost::atomic 使用鎖。該庫允許您檢測目標平臺是否支持原子變量訪問。

如果您的開發環境支持 C++11，則不需要 Boost.Atomic。 C++11 標準庫提供了一個頭文件 atomic，它定義了與 Boost.Atomic 相同的功能。例如，您會發現一個名為 std::atomic 的類。

Boost.Atomic 支持與標準庫大致相同的功能。雖然一些函數在 Boost.Atomic 中被重載，但它們在標準庫中可能有不同的名稱。標準庫還提供了一些 Boost.Atomic 中缺少的函數，例如 std::atomic_init() 和 std::kill_dependency()。

二、示例和代碼

示例 45.1。使用 boost::atomic

Boost.Atomic

#include <boost/atomic.hpp>
#include <thread>
#include <iostream>
boost::atomic<int> a{ 0 };
void thread()
{
	++a;
}
void thread_s()
{
	std::cout << "Hello Thread" << a << '\n';
}
int main()
{
	std::thread t1{ thread };
	std::thread t2{ thread };
	std::thread t3{ thread_s };
	std::thread t4{ thread_s };
	t1.join();
	t2.join();
	t3.join();
	t4.join();
	std::cout << a << '\n';
}

Example45.1

示例 45.1 使用兩個線程來遞增 int 變量 a。該示例使用 boost::atomic 代替鎖來對 a 進行原子訪問。該示例將 2 寫入標準輸出。

boost::atomic 之所以有效，是因為一些處理器支持對變量的原子訪問。如果增加一個 int 變量是一個原子操作，則不需要鎖。如果此示例在無法將變量遞增為原子操作的平臺上運行，則 boost::atomic 使用鎖。

示例 45.2。 boost::atomic 帶鎖或不帶鎖

#include <boost/atomic.hpp>
#include <iostream>
int main()
{
  std::cout.setf(std::ios::boolalpha);
  boost::atomic<short> s;
  std::cout << s.is_lock_free() << '\n';
  boost::atomic<int> i;
  std::cout << i.is_lock_free() << '\n';
  boost::atomic<long> l;
  std::cout << l.is_lock_free() << '\n';
}

您可以在原子變量上調用 is_lock_free() 來檢查是否在沒有鎖的情況下訪問該變量。如果您在 Intel x86 處理器上運行示例，它會顯示 true 三次。如果您在沒有對 short、int 和 long 變量進行無鎖訪問的處理器上運行它，則會顯示 false。

Boost.Atomic 提供了 BOOST_ATOMIC_INT_LOCK_FREE 和 BOOST_ATOMIC_LONG_LOCK_FREE 宏來在編譯時檢查哪些數據類型支持無鎖訪問。

示例 45.2 僅使用整型數據類型。您不應將 boost::atomic 與 std::string 或 std::vector 等類一起使用。 Boost.Atomic 支持整數、指針、布爾值 (bool) 和普通類。整數類型的示例包括 short、int 和 long。普通類定義可以使用 std::memcpy() 復制的對象。

示例 45.3。 boost::atomic 和 boost::memory_order_seq_cst

#include <boost/atomic.hpp>
#include <thread>
#include <iostream>
boost::atomic<int> a{0};
void thread()
{
  a.fetch_add(1, boost::memory_order_seq_cst);
}
int main()
{
  std::thread t1{thread};
  std::thread t2{thread};
  t1.join();
  t2.join();
  std::cout << a << '\n';
}

Example45.3E

示例 45.3 增加了兩次——這次不是使用 operator++，而是調用 fetch_add()。成員函數 fetch_add() 可以采用兩個參數：a 應該遞增的數字和內存順序。

內存順序指定內存訪問操作必須發生的順序。默認情況下，這個順序是不確定的，不依賴于代碼行的順序。只要程序表現得好像內存訪問操作是按源代碼順序執行的，編譯器和處理器就可以更改順序。此規則僅適用于線程。如果使用多個線程，內存訪問順序的變化會導致程序運行錯誤。 Boost.Atomic 支持在訪問變量時指定內存順序，以確保內存訪問在多線程程序中以所需的順序發生。

注意

指定內存順序可優化性能，但會增加復雜性并使編寫正確代碼變得更加困難。因此，在實踐中，您應該有充分的理由使用內存順序。

示例 45.3 使用內存順序 boost::memory_order_seq_cst 將 a 遞增 1。內存順序代表順序一致性。這是最嚴格的內存順序。在 fetch_add() 調用之前出現的所有內存訪問必須在執行此成員函數之前發生。在 fetch_add() 調用之后出現的所有內存訪問都必須在執行此成員函數之后發生。編譯器和處理器可以在調用 fetch_add() 之前和之后重新排序內存訪問，但它們不得將內存訪問從調用 fetch_add() 之前移動到調用之后，反之亦然。 boost::memory_order_seq_cst 是雙向內存訪問的嚴格邊界。