Les variables atomiques pour les structures de données complexes utilisent-elles vraiment des verrous, et si oui, comment ?

Variables et verrous atomiques

Dans le domaine de la programmation multithread, les variables atomiques jouent un rôle crucial pour garantir une manipulation cohérente des données. Cependant, lorsqu'il s'agit de structures de données complexes comme foo avec plusieurs éléments, des inquiétudes surviennent concernant la présence de verrous dans les variables atomiques.

Le puzzle des variables et des verrous atomiques

Malgré les présomptions selon lesquelles les types atomiques plus grands nécessitent des verrous, les observations suggèrent le contraire. L'extrait de code suivant illustre ce phénomène :

#include <iostream>
#include <atomic>

struct foo {
    double a;
    double b;
};

std::atomic<foo> var;

int main()
{
    std::cout << var.is_lock_free() << std::endl;
    std::cout << sizeof(foo) << std::endl;
    std::cout << sizeof(var) << std::endl;
}

La sortie de ce code est :

0
16
16

Comme vous pouvez le voir, la méthode is_lock_free() renvoie 0 pour la variable atomique var , mais sa taille reste identique à celle de sa structure de données sous-jacente foo. Cela a conduit à des questions : où est stocké le verrou et quel est son impact sur plusieurs instances de la variable atomique ?

Dévoilement du mécanisme de verrouillage

La mise en œuvre commune de les verrous dans les variables atomiques impliquent une table de hachage de mutex. L'adresse de l'objet atomique sert de clé, l'attribuant à un verrou unique. Cette fonction de hachage garantit que plusieurs variables atomiques sont mappées à des verrous distincts, isolant ainsi efficacement leurs opérations d'accès.

Implications potentielles et considérations en matière de performances

Les collisions au sein de la table de hachage peuvent entraîner plusieurs objets atomiques partageant le même verrou. Même si cela ne compromet pas l’exactitude, cela peut créer des goulots d’étranglement en termes de performances. Au lieu d'un conflit indépendant entre différents objets, plusieurs threads peuvent rivaliser pour accéder au verrou partagé.

Absence de blocages

Il est important de noter que les blocages ne sont pas possibles dans ce contexte car les opérations std::atomic ne tentent jamais d'acquérir des verrous sur plusieurs objets simultanément. Cette conception garantit qu'un conflit supplémentaire n'a pas d'impact sur l'exactitude mais peut affecter les performances.

Conclusion

Les variables atomiques utilisent un mécanisme de verrouillage pour les structures de données complexes afin de maintenir l'intégrité des données. Ces verrous sont généralement implémentés sous la forme d'une table de hachage de mutex, l'adresse de la variable atomique servant de clé. Bien que les verrous partagés puissent entraîner des problèmes de performances, les blocages sont évités grâce à la conception des fonctions std::atomic.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!