先说结论:原子操作性能(速度)强于互斥锁,下面用例子进行说明。
编写测试demo,开启两个线程,对全局变量n分别进行自增、自减操作,计算执行时间。
首先看没有用任何手段进行互斥的情况,用文章《C++计算打印函数和代码块的执行时间(支持所有类型函数)》中的方法进行时间测量:
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
-
- using namespace std;
- #define TOTAL 100000000
- int n = 0;
-
-
- template<class T, class... Args>
- auto measure(T&& func, Args&&... args)->std::future<typename std::result_of<T(Args...)>::type>
- {
- using return_type = typename std::result_of<T(Args...)>::type;
- auto task = std::make_shared
return_type()>> - (std::bind(std::forward
(func), std::forward(args)...)); - std::future
res = task->get_future(); - auto begin = std::chrono::high_resolution_clock::now();
- (*task)();
- auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
- auto elapsed = std::chrono::duration_cast
(end - begin); - printf("执行时间: % .3f seconds.\n", elapsed.count() * 1e-9);
- return res;
- }
-
-
- void funPlus()
- {
- for (int i = 0; i < TOTAL; i++)
- {
- n++;
- }
- }
-
- void funMinus()
- {
- for (int i = 0; i < TOTAL; i++)
- {
- n--;
- }
- }
-
- int main()
- {
- measure([] {
- thread a(funPlus);
- thread b(funMinus);
- a.join();
- b.join();
- });
-
- cout << "执行结束,n的值为: " << n << endl;
- return 0;
- }
运行结果如下:
执行时间是0.541秒,是耗时最短的,但是由于没有用互斥方法保护,所以临界资源n的值不正确(正确的值应该为0)。这是因为自增、自减操作不是原子的,编译得到的汇编指令可能会对应多条指令。所以我们得要对n这个临界资源进行互斥保护。
我们来看下使用原子操作std::atomic
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
-
- using namespace std;
- #define TOTAL 100000000
- atomic<int> n(0);
-
-
- template<class T, class... Args>
- auto measure(T&& func, Args&&... args)->std::future<typename std::result_of<T(Args...)>::type>
- {
- using return_type = typename std::result_of<T(Args...)>::type;
- auto task = std::make_shared
return_type()>> - (std::bind(std::forward
(func), std::forward(args)...)); - std::future
res = task->get_future(); - auto begin = std::chrono::high_resolution_clock::now();
- (*task)();
- auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
- auto elapsed = std::chrono::duration_cast
(end - begin); - printf("执行时间: % .3f seconds.\n", elapsed.count() * 1e-9);
- return res;
- }
-
-
- void funPlus()
- {
- for (int i = 0; i < TOTAL; i++)
- {
- n++;
- }
- }
-
- void funMinus()
- {
- for (int i = 0; i < TOTAL; i++)
- {
- n--;
- }
- }
-
- int main()
- {
- measure([] {
- thread a(funPlus);
- thread b(funMinus);
- a.join();
- b.join();
- });
-
- cout << "执行结束,n的值为: " << n << endl;
- return 0;
- }
执行效果如下:
可以看到耗时为:5.261秒,n的值为0。也就是说耗时变长了,但是临界资源n的值可以保证 一定正确。
我们再来看使用互斥锁的情况:
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
- #include
-
- using namespace std;
- #define TOTAL 100000000
- std::mutex g_mutex;
- int n = 0;
-
-
- template<class T, class... Args>
- auto measure(T&& func, Args&&... args)->std::future<typename std::result_of<T(Args...)>::type>
- {
- using return_type = typename std::result_of<T(Args...)>::type;
- auto task = std::make_shared
return_type()>> - (std::bind(std::forward
(func), std::forward(args)...)); - std::future
res = task->get_future(); - auto begin = std::chrono::high_resolution_clock::now();
- (*task)();
- auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
- auto elapsed = std::chrono::duration_cast
(end - begin); - printf("执行时间: % .3f seconds.\n", elapsed.count() * 1e-9);
- return res;
- }
-
-
- void funPlus()
- {
- for (int i = 0; i < TOTAL; i++)
- {
- std::lock_guard
lock(g_mutex) ; - n++;
- }
- }
-
- void funMinus()
- {
- for (int i = 0; i < TOTAL; i++)
- {
- std::lock_guard
lock(g_mutex) ; - n--;
- }
- }
-
- int main()
- {
- measure([] {
- thread a(funPlus);
- thread b(funMinus);
- a.join();
- b.join();
- });
-
- cout << "执行结束,n的值为: " << n << endl;
- return 0;
- }
运行效果如下:
可以看到执行时间为27.762秒。执行时间最长,但也能保持临界资源n的值正确。
所以对于基本类型的临界资源,我们进行访问时可以用原子操作代替互斥锁,来提高性能。