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所謂的原子操作，取的就是“原子是最小的、不可分割的最小個(gè)體”的意義，它表示在多個(gè)線程訪問(wèn)同一個(gè)全局資源的時(shí)候，能夠確保所有其他的線程都不在同一時(shí)間內(nèi)訪問(wèn)相同的資源。也就是他確保了在同一時(shí)刻只有唯一的線程對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問(wèn)。這有點(diǎn)類似互斥對(duì)象對(duì)共享資源的訪問(wèn)的保護(hù)，但是原子操作更加接近底層，因而效率更高。

在以往的C++標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有對(duì)原子操作進(jìn)行規(guī)定，我們往往是使用匯編語(yǔ)言，或者是借助第三方的線程庫(kù)，例如intel的pthread來(lái)實(shí)現(xiàn)。在新標(biāo)準(zhǔn)C++11，引入了原子操作的概念，并通過(guò)這個(gè)新的頭文件提供了多種原子操作數(shù)據(jù)類型，例如，atomic_bool,atomic_int等等，如果我們?cè)诙鄠€(gè)線程中對(duì)這些類型的共享資源進(jìn)行操作，編譯器將保證這些操作都是原子性的，也就是說(shuō)，確保任意時(shí)刻只有一個(gè)線程對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問(wèn)，編譯器將保證，多個(gè)線程訪問(wèn)這個(gè)共享資源的正確性。從而避免了鎖的使用，提高了效率。

我們還是來(lái)看一個(gè)實(shí)際的例子。假若我們要設(shè)計(jì)一個(gè)廣告點(diǎn)擊統(tǒng)計(jì)程序，在服務(wù)器程序中，使用多個(gè)線程模擬多個(gè)用戶對(duì)廣告的點(diǎn)擊：

#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <atomic>
#include <iostream>
#include <time.h>

using namespace std;
// 全局的結(jié)果數(shù)據(jù)
long total = 0;

// 點(diǎn)擊函數(shù)
void click()
{
    for(int i=0; i<1000000;++i)
    {
        // 對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)鎖訪問(wèn)
        total += 1;    
    }
}
 
 
int main(int argc, char* argv[])
{
    // 計(jì)時(shí)開(kāi)始
    clock_t start = clock();
    // 創(chuàng)建100個(gè)線程模擬點(diǎn)擊統(tǒng)計(jì)
    boost::thread_group threads;
    for(int i=0; i<100;++i)
    {
        threads.create_thread(click);
    }

    threads.join_all();
    // 計(jì)時(shí)結(jié)束
    clock_t finish = clock();
    // 輸出結(jié)果
    cout<<"result:"<<total<<endl;
    cout<<"duration:"<<finish -start<<"ms"<<endl;
    return 0;
}

從執(zhí)行的結(jié)果來(lái)看，這樣的方法雖然非?？欤墙Y(jié)果不正確
E:SourceCodeMinGW>thread.exe
result:87228026
duration:528ms

很自然地，我們會(huì)想到使用互斥對(duì)象來(lái)對(duì)全局共享資源的訪問(wèn)進(jìn)行保護(hù)，于是有了下面的實(shí)現(xiàn)：

long total = 0;
// 對(duì)共享資源進(jìn)行保護(hù)的互斥對(duì)象
mutex m;

void click()
{
    for(int i=0; i<1000000;++i)
    {
        // 訪問(wèn)之前，鎖定互斥對(duì)象
        m.lock();
        total += 1;
        // 訪問(wèn)完成后，釋放互斥對(duì)象
        m.unlock();
    }
}
互斥對(duì)象的使用，保證了同一時(shí)刻只有唯一的一個(gè)線程對(duì)這個(gè)共享進(jìn)行訪問(wèn)，從執(zhí)行的結(jié)果來(lái)看，互斥對(duì)象保證了結(jié)果的正確性，但是也有非常大的性能損失，從剛才的528ms變成了現(xiàn)在的8431，用了原來(lái)時(shí)間的10多倍的時(shí)間。這個(gè)損失夠大。
E:SourceCodeMinGW>thread.exe
result:100000000
duration:8431ms

如果是在C++11之前，我們的解決方案也就到此為止了，但是，C++對(duì)性能的追求是永無(wú)止境的，他總是想盡一切辦法榨干CPU的性能。在C++11中，實(shí)現(xiàn)了原子操作的數(shù)據(jù)類型（atomic_bool,atomic_int,atomic_long等等），對(duì)于這些原子數(shù)據(jù)類型的共享資源的訪問(wèn)，無(wú)需借助mutex等鎖機(jī)制，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)共享資源的正確訪問(wèn)。

// 引入原子數(shù)據(jù)類型的頭文件
#include <atomic>
 

// 用原子數(shù)據(jù)類型作為共享資源的數(shù)據(jù)類型
atomic_long total(0);
//long total = 0;
 
void click()
{
    for(int i=0; i<1000000;++i)
    {
        // 僅僅是數(shù)據(jù)類型的不同而以，對(duì)其的訪問(wèn)形式與普通數(shù)據(jù)類型的資源并無(wú)區(qū)別
        total += 1;
    }
}

我們來(lái)看看使用原子數(shù)據(jù)類型之后的效果如何：
E:SourceCodeMinGW>thread.exe
result:100000000
duration:2105ms

結(jié)果正確！耗時(shí)只是使用mutex互斥對(duì)象的四分之一！也僅僅是不采用任何保護(hù)機(jī)制的時(shí)間的4倍?？梢哉f(shuō)這是一個(gè)非常不錯(cuò)的成績(jī)了。

原子操作的實(shí)現(xiàn)跟普通數(shù)據(jù)類型類似，但是它能夠在保證結(jié)果正確的前提下，提供比mutex等鎖機(jī)制更好的性能，如果我們要訪問(wèn)的共享資源可以用原子數(shù)據(jù)類型表示，那么在多線程程序中使用這種新的等價(jià)數(shù)據(jù)類型，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。