C++ 并發編程：使用原子類和內存屏障保障并發安全

在多線程環境中，并發編程是處理共享資源的常見技術。然而，如果不采取適當的措施，并發訪問可能會導致數據競爭和內存可見性問題。為了解決這些問題，C++ 提供了原子類和內存屏障。

原子類

原子類是一種封裝了基本類型的特殊類，可確保即使在多線程環境中，對其實例的訪問也具有原子性。這避免了在讀寫共享變量時發生數據競爭。

內存屏障

內存屏障是一種特殊指令，用于在不同線程之間強制作序。它們可確保在屏障之前執行的所有內存訪問在屏障之后對其可見。C++ 中提供了四種類型的內存屏障：

：禁止亂序訪問，并確保屏障之前的所有寫入都對所有線程可見。

：禁止亂序訪問，并確保屏障之后的所有讀取都會獲取之前的所有寫入。

：結合 和 的功能。

：最嚴格的屏障，可確保所有程序順序。

實戰案例

考慮以下示例，其中兩個線程共享一個計數器：

// 原子計數器
std::atomic<int> counter;

void thread1() {
    // ...
    counter.fetch_add(1, std::memory_order_release);
    // ...
}

void thread2() {
    // ...
    int value = counter.load(std::memory_order_acquire);
    // ...
}

在 中， 操作使用 屏障，確保對 的寫入在所有線程中都可見。在 中， 操作使用 屏障，確保在讀取 之前獲取所有以前對 的寫入。這消除了數據競爭和內存可見性問題。

注意

內存屏障可能會降低性能。因此，僅在必要時才使用它們。此外，始終使用 來保證最高的內存可見性，但它也是性能開銷最大的。