原子变量还需要锁定读取-修改-存储操作吗？

Question

我知道原子变量是无锁的！！
它不会锁定线程，但我有一个问题..
像 std::atomic::fetch_add 这样的 Read-Modify-Store 操作也是原子执行的？？？
我认为这个操作不仅仅是一条指令。
它需要多个周期......所以如果我不锁定内存总线（实际上我不知道互斥锁是否包含内存总线锁），其他线程可以在读取和存储之间进行内存操作。
所以我认为即使原子变量也需要锁定......

我知道吗？？？

Answer 1

你知道的就在早期的 x86 架构中。

在x86架构中，提供了指令前缀LOCK。原子变量依赖于该指令。早期的LOCK是通过锁定一条总线来实现的，以防止其他CPU内核访问内存。可以想象，这种实现效率非常低

大部分x86处理器都支持CAS的硬件实现，保证了多处理器多核系统中原子操作的正确性。 CAS 的实现也不会锁定总线，只会阻止其他 CPU 访问检查相关内存的缓存块。 让你看看代码。 示例代码是：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
 
std::atomic<long long> data;
void do_work()
{
    data.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
}
 
int main()
{
    std::thread th1(do_work);
    std::thread th2(do_work);
    std::thread th3(do_work);
    std::thread th4(do_work);
    std::thread th5(do_work);
 
    th1.join();
    th2.join();
    th3.join();
    th4.join();
    th5.join();
 
    std::cout << "Result:" << data << '\n';
}

将上面的代码转换成指令。在 gcc 8 中将 do_work 函数翻译成

        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     QWORD PTR [rbp-8], 1
        mov     DWORD PTR [rbp-12], 0
        mov     rax, QWORD PTR [rbp-8]
        mov     edx, OFFSET FLAT:data
        lock xadd       QWORD PTR [rdx], rax
        nop
        pop     rbp
        ret

使用lock xadd 确保原子操作符。