今天和大家說(shuo)說(shuo)C++多(duo)線程中的(de)原(yuan)子(zi)操作。首先為什么會有原(yuan)子(zi)操作呢？這(zhe)純粹就(jiu)是(shi)C++這(zhe)門語(yu)言的(de)特性(xing)(xing)所(suo)決定的(de)，C++這(zhe)門語(yu)言是(shi)為性(xing)(xing)能而生的(de)，它(ta)(ta)對性(xing)(xing)能的(de)追求(qiu)是(shi)沒有極限的(de)，它(ta)(ta)總是(shi)想盡一切辦法提高性(xing)(xing)能。互斥(chi)鎖是(shi)可以實(shi)現數據的(de)同(tong)步，但同(tong)時是(shi)以犧牲(sheng)性(xing)(xing)能為代價的(de)。口說(shuo)無憑，我們做個實(shi)驗就(jiu)知道(dao)了。

我們將一(yi)個數加一(yi)再(zai)減一(yi)，循環一(yi)定的次數，開啟20個線程來觀察，這個正(zheng)確(que)的結果應(ying)該是等(deng)于0的。

首先是不加任何互斥鎖同(tong)步

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
#include <time.h>
#include <mutex>
using namespace std;
 
#define MAX 100000
#define THREAD_COUNT 20
int total = 0;
void thread_task()
{
    for (int i = 0; i < MAX; i++)
    {
        total += 1;
        total -= 1;
    }
}
 
int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t[THREAD_COUNT];
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i] = thread(thread_task);
    }
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i].join();
    }
    
    clock_t finish = clock();
    cout << "result:" << total << endl;
    cout << "duration:" << finish - start << "ms" << endl;
    return 0;
}

以上程(cheng)序(xu)運(yun)行時相關快的，但是(shi)結果卻是(shi)不正(zheng)確(que)的。

那(nei)么我們將線程加上互斥鎖mutex再來看看。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
#include <time.h>
#include <mutex>
using namespace std;
 
#define MAX 100000
#define THREAD_COUNT 20
 
int total = 0;
mutex mt;
 
void thread_task()
{
    for (int i = 0; i < MAX; i++)
    {
        mt.lock();
        total += 1;
        total -= 1;
        mt.unlock();
    }
}
 
int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t[THREAD_COUNT];
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i] = thread(thread_task);
    }
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i].join();
    }
    
    clock_t finish = clock();
    // 輸出結(jie)果
    cout << "result:" << total << endl;
    cout << "duration:" << finish - start << "ms" << endl;
 
    return 0;
}

我們可以看到運行結果是(shi)正確的(de)，但(dan)是(shi)時間比原來慢太多(duo)了(le)。雖然很無奈，但(dan)這也是(shi)沒有辦法的(de)，因為只有在保證(zheng)準確的(de)前提才(cai)能去追求性能。

那有(you)沒(mei)有(you)什么辦法在保證準確的(de)同時，又能提高性(xing)能呢？

原子(zi)操作就橫空出(chu)世(shi)了！

定義原子操作的(de)時候必須引入頭文件

#include <atomic>

那(nei)么如何利用原子(zi)操(cao)作提交計算的(de)性能呢(ni)？實際上很簡(jian)單的(de)。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
#include <time.h>
#include <mutex>
using namespace std;
 
#define MAX 100000
#define THREAD_COUNT 20
 
//原子操(cao)作
atomic_int total(0);
 
void thread_task()
{
    for (int i = 0; i < MAX; i++)
    {
        total += 1;
        total -= 1;
    }
}
 
int main()
{
    clock_t start = clock();
    thread t[THREAD_COUNT];
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i] = thread(thread_task);
    }
    for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; ++i)
    {
        t[i].join();
    }
    
    clock_t finish = clock();
    // 輸出結果
    cout << "result:" << total << endl;
    cout << "duration:" << finish - start << "ms" << endl;
 
    return 0;
}

可(ke)(ke)以看到(dao)，我們在這(zhe)里只(zhi)需(xu)要定義atomic_int total(0)就可(ke)(ke)以實現(xian)原子操作了(le)，就不(bu)需(xu)要互斥鎖(suo)了(le)。而性能的(de)(de)提(ti)升也是(shi)非(fei)常明(ming)顯(xian)的(de)(de)，這(zhe)就是(shi)原子操作的(de)(de)魅力(li)所(suo)在。