我在 C++11 中使用 atomic_compare_exchange_strong 还是 atomic_exchange？

Question

我正在学习 C++ 原子性和多线程的基础知识。根据状态 (running/sleeping)，我要么必须运行一个函数（并将状态更新为运行ning），要么什么都不做。

atomic_compare_exchange_strong 和 atomic_exchange 之间是否存在以下代码段中的区别？这两种方法有任何副作用或陷阱吗？

std::atomic<State> state{State::sleeping};

for (int i = 0; i<4; i++)
{
    State expected{State::sleeping};
    //if (std::atomic_compare_exchange_strong(&state, &expected, State::running))
    if (state.compare_exchange_strong(expected, State::running))
    {
        cout << "running" << endl;
        continue;
    }

    cout << "sleeping" << endl;             
}

对比

std::atomic<State> state{State::sleeping};

for (int i = 0; i<4; i++)
{
    //if (std::atomic_exchange(&state, State::running) != State::running)
    if (state.exchange(State::running) == State::running)
    {
        cout << "running" << endl;
        continue;
    }

    cout << "sleeping" << endl;             
}

Answer 1

"exchange" 和"compare-and-exchange" (CAS) 的语义完全不同，甚至独立于原子业务。 Exchange是无条件的，CAS只是有条件地修改变量。

所以当你说 x.exchange(A) 时，x 现在无条件地拥有值 A。相比之下，当你说 old = B; x.compare_exchange(old, A); 时，如果 x 之前持有值 B，那么它只会被赋予值 A，否则不会被修改。

特别是，如果 x 已经处于状态 A，则 CAS 将失败，而交换将继续进行。如果您认为状态 A 表示需要发生某些事情，而 B 表示空闲，那么 CAS 将允许系统在给它更多工作之前完成它正在做的任何事情，而交换只会放下地板上的任何当前状态。（是的，您可以处理交换的 return 值，并可能在那时恢复工作，但这并不普遍适用。）

当然，这两种算法都有有效的用例。 Exchange 便宜得多，应在适用时使用。这里有两个典型的例子：

在链表的头部位置插入一个新节点。你先弄清楚当前的头部，然后设置新的节点指向当前的头部，然后更新头部。这需要是 CAS，因为如果当前头部仍然是您认为的那样，您只想更新头部。如果您在此处使用交换，您将放弃在此期间可能发生的任何其他更新。
正在获取自旋锁。这类似于您的代码示例。你只需要知道旧值是什么，而不用在意向锁字重复写入新值。所以你可以直接把值"locked"换进去，只要你把之前的值"unlocked"取回来，你就进入了临界区。由于 exchange 足以满足此操作，因此它比 CAS 更可取。

我在 C++11 中使用 atomic_compare_exchange_strong 还是 atomic_exchange？

Do I use atomic_compare_exchange_strong or atomic_exchange in c++11?

c++

atomic

c++11