无锁编程–C语言

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锁带来的开销是比较大的，对于高并发处理的数据，使用一些原子操作函数，可以有效避免上锁的开销。

GCC内置了一些原子操作函数，可以用来支持无锁编程，用伪代码比较好理解这些函数的具体处理方式。

重点是：这些都是原子操作，是线程安全的。

常用来实现无锁编程的函数有：

1、自增并返回原值

type __sync_fetch_and_add(type * ptr, type value)

解释：*ptr 的值加上 value 的值，然后赋值给 *ptr，并返回 *ptr 原来的值。

伪代码解释：

type old_value = *ptr ;
*ptr += value ;
return old_value ;

2、自增并返回新值

type __sync_add_and_fetch(type * ptr, type value)

解释：*ptr 的值加上 value 的值，然后赋值给 *ptr，并返回 *ptr 的新值。

伪代码解释：

*ptr += value ;
return *ptr ;

3、自减并返回原值

type __sync_fetch_and_sub(type * ptr, type value)

解释：*ptr 的值减去 value 的值，然后赋值给 *ptr，并返回 *ptr 原来的值。和第 1 个类似。

4、自减并返回新值

type __sync_sub_and_fetch(type * ptr, type value)

解释：*ptr 的值减去 value 的值，然后赋值给 *ptr，并返回 *ptr 的新值。和第 2 个类似。

5、比较并交换数据，并返回是否成功。

int __sync_bool_compare_and_swap(type * ptr, type oldval, type newval)

解释：如果 *ptr 和 oldval 的值相等，则把 newval 赋值给 *ptr。如果对比成功，返回1；失败，则返回0 。

用伪代码解释：

if( *ptr == oldval ) {
    *ptr = newval ;
    return 1 ;
} else return 0 ;

6、比较并交换数据，并返回对应值。

int __sync_val_compare_and_swap(type * ptr, type oldval, type newval)

解释：如果 *ptr 和 oldval 的值相等，则把 newval 赋值给 *ptr 。关键点：对比成功和失败返回的值是不一样的：

成功，则返回旧值 oldval

失败，则返回原值 *ptr

用伪代码解释：

if( *ptr == oldval ) {
    *ptr = newval ;
    return oldval ;
} else return *ptr ;

宏代码

为了方便使用，往往会使用宏代码对这6个函数进程处理。通常的写法如下：

#define ATOMIC_READ(_v) __sync_fetch_and_add(&(_v), 0)
#define ATOMIC_INCREMENT(_v) (void)__sync_fetch_and_add(&(_v), 1)
#define ATOMIC_DECREMENT(_v) (void)__sync_fetch_and_sub(&(_v), 1)
#define ATOMIC_INCREASE(_v, _n) __sync_add_and_fetch(&(_v), (_n))
#define ATOMIC_DECREASE(_v, _n) __sync_sub_and_fetch(&(_v), (_n))
#define ATOMIC_CAS(_v, _o, _n) __sync_bool_compare_and_swap(&(_v), (_o), (_n))
#define ATOMIC_CAS_RETURN(_v, _o, _n) __sync_val_compare_and_swap(&(_v), (_o), (_n))

#define ATOMIC_SET(_v, _n) {\
    int _b = 0;\
    do {\
        _b = ATOMIC_CAS(_v, ATOMIC_READ(_v), _n);\
    } while (__builtin_expect(!_b, 0));\
}

#define ATOMIC_SET_IF(_v, _c, _n, _t) {\
    _t _o = ATOMIC_READ(_v);\
    while (__builtin_expect((_o _c (_n)) && !ATOMIC_CAS(_v, _o, _n), 0)) \
        _o = ATOMIC_READ(_v);\
}

文章：C语言实现基础数据结构库 -- 无敌牛 的libhl库里，有相关用法，可下载源代码分析。参考源码中 src/atomic_defs.h 头文件的定义以及在此项目里的具体用法。

也可以直接访问 github 源代码：https://github.com/xant/libhl/blob/master/src/atomic_defs.h

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以后有时间再详细解析使用方法。