linux——原子操作

一、原子操作概念

1. 什么是原子操作？

原子操作 = 不可被中断的操作就像原子是不可分割的最小单位一样。

CPU 执行原子操作时：

• 一步完成
• 执行期间不会被线程切换打断
• 要么完全执行完，要么完全没执行
• 不会出现 "执行一半被抢走 CPU" 的情况

2. 哪些是原子操作？

• 简单赋值：a = 100;
• 简单读取：int b = a;

3. 哪些 不是 原子操作？

这些操作会被线程打断：

• a = b + 100; （读 → 算 → 写，三步）
• i++; （读 → 加 → 写）
• 链表插入、链表删除
• printf() 不是原子操作（内部复杂）
• malloc/free 不是原子操作

只要不是一步 CPU 指令，就不是原子操作！

二、为什么非原子操作必须加锁？

因为：非原子操作 = 多步指令 = 可能执行到一半被抢走 CPU一旦被抢走，数据就会错乱、崩溃、覆盖、丢失。

三、用两个示例代码讲清楚

我们以链表头插法为例：

newNode->next = head;
head = newNode;

这两行代码 不是原子操作！必须连续执行，不能被打断。

示例代码 1：不加锁（错误！）

void* producer(void *arg)
{
    while(1)
    {
        // 创建节点（原子与否不重要）
        Node *newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
        newNode->data = rand()%100;

        // ==========================
        // 这两行不是原子操作！！！
        newNode->next = head;
        head = newNode;
        // ==========================

        printf("+++product: %d\n", newNode->data);

        sleep(rand()%3);
    }
    return NULL;
}

错误原因：

newNode->next = head; 和 head = newNode;不是原子操作！

两个线程同时执行时，可能：

• 线程 A 刚执行完第一行

• CPU 被抢走

• 线程 B 也修改 head

• 回来后线程 A 继续执行 → 链表断了、节点丢了、程序崩溃！

结论：

多线程同时操作链表，不加锁 = 程序必定崩溃 / 数据错乱

示例代码 2：加锁（正确！）

void* producer(void *arg)
{
    while(1)
    {
        Node *newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
        newNode->data = rand()%100;

        // 加锁（开始原子区）
        pthread_mutex_lock(&mutex);

        // 这两行被锁保护 → 变成逻辑原子
        newNode->next = head;
        head = newNode;
        printf("+++product: %d\n", newNode->data);

        // 解锁
        pthread_mutex_unlock(&mutex);

        sleep(rand()%3);
    }
    return NULL;
}

锁把两行代码变成 "逻辑原子操作"

• 同一时间只有一个线程能执行
• 执行时不会被其他线程打断
• 要么两行都执行完，要么都不执行
• 链表永远安全、不会崩溃、不会断链

四、核心总结

1. 原子操作：不可被中断的一步操作
2. 多步操作（链表增删、i++）不是原子操作
3. 非原子操作在多线程下必须加锁
4. 锁可以让多步指令变成 "逻辑上的原子操作"
5. 不加锁 = 线程切换打断 = 数据混乱 / 程序崩溃
6. 加锁 = 安全执行 = 逻辑原子