[译]Atomic VS. Non-Atomic 操作

原文链接：atomic-vs-non-atomic-operations

 

     在网上已经写了很多关于原子操作的文章，但是通常都集中在原子的读-修改-写（RMW. read-modify-write）操作。但是这些并是所有的原子操作。同样重要的属于原子操作的还是有load（译注：读）和store（译注：写）。在这篇文章中，我将会在处理器层面和C/C++语言层面，比较原子性和非原子性的load和store。顺便，我们将会阐明以下在C++11中的“数据竞争”概念。

   

     如果一个共享变量的操作，它能相对于其他线程，能够一步完成，那么这个操作就是原子性的操作。当对一个共享变量执行原子性的store操作，其他线程只能观察到它已经修改完后的数据。当对一个共享变量执行原子性的load操作，它会读取单一时刻所显示的完整的值。非原子性的store和load不会有上述的保证。

     离开上述的保证，无锁编程(lock-free programming)将变得不可能，因为不能在相同时间，让多个线程操作同一个共享变量。我们可以将此明确表达为一个规则：

任何时间，两个线程并发地操作在一个共享变量上，这些操作中的一个执行一个写动作，所有的线程都必须使用原子操作。

     如果你违反这个规则，其中有个线程使用了非原子操作，那么你将会陷入一个在C++11标准中称之为数据竞争（不要和Java中的data race概念，以及更通用的race condition搞混淆）的情形。C++11标准没有告诉编程人员为什么数据竞争是不好的。但是如果你引发了数据竞争，那么就会得到一个"未定义行为（undefined behavior）"的结果。数据竞争是不好的真正理由只有一个：它们会导致“撕裂读”（torn reads）和“撕裂写”（torn writes。译注：就是一个非完整的读写）。

    一个内存操作可能是非原子的，因为它使用了多条CPU指令，甚至即使使用单条CPU指令，也可能是非原子的。也可能是因为程序员写的可移植代码。但是不能简单地做出这个假设。让我们看几个例子。

 

由于多条CPU指令的非原子操作

假设有一个64位的全局变量，初始化为0.

1 uint64_t sharedValue = 0;

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