waarde(10);
int verwacht =10;
int gewenst =20;
while (!value.compare_exchange_weak(verwacht, gewenst)) {
// Loop totdat de waarde succesvol is bijgewerkt.
// De 'verwachte' waarde wordt bijgewerkt met de huidige waarde
// als de vergelijking mislukt. Gebruik dit voor de volgende poging.
}
// Nu wordt 'waarde' atomair bijgewerkt naar 20 (als het aanvankelijk 10 was).
```
* Geheugenvolgorde (C++): Wanneer u `std::atomic` gebruikt, let dan goed op de geheugenvolgorde. Dit bepaalt hoe de effecten van atomaire operaties tussen threads worden gesynchroniseerd. Veel voorkomende geheugenopdrachten zijn onder meer:
* `std::memory_order_relaxed`:Biedt minimale synchronisatie. Handig voor eenvoudige toonbanken waar strikte volgorde niet van cruciaal belang is.
* `std::memory_order_acquire`:Zorgt ervoor dat metingen die plaatsvinden na de atomaire belasting waarden zien vanaf het tijdstip waarop de atomaire belasting plaatsvond.
* `std::memory_order_release`:Zorgt ervoor dat schrijfbewerkingen die plaatsvinden vóór de atomaire opslag zichtbaar zijn voor andere threads die de waarde verkrijgen.
* `std::memory_order_acq_rel`:Combineert semantiek voor verwerven en vrijgeven. Geschikt voor lees-wijzig-schrijfbewerkingen.
* `std::memory_order_seq_cst`:Biedt sequentiële consistentie (sterkste volgorde). Alle atomaire operaties lijken in één enkele, totale volgorde te gebeuren. Het is de standaard, maar ook de duurste.
* Kies de zwakste volgorde die voldoet aan uw correctheidsvereisten voor optimale prestaties. Een te strikte volgorde kan leiden tot onnodige synchronisatieoverhead. Begin met ‘ontspannen’ en versterk alleen als dat nodig is.
4. Ontwerp voor mislukkingen en randgevallen:
* CAS-loops: Wanneer u CAS gebruikt, moet u uw code zo ontwerpen dat deze mogelijke fouten van de CAS-bewerking afhandelt. De CAS mislukt mogelijk als een andere thread de waarde wijzigt tussen uw lees- en updatepoging. Gebruik lussen die de waarde opnieuw lezen, bereken de nieuwe waarde en probeer de CAS opnieuw totdat het lukt.
* ABA-probleem: Het ABA-probleem kan optreden bij CAS wanneer een waarde verandert van A naar B en weer terug naar A. Het CAS kan ten onrechte slagen, ook al is de onderliggende status veranderd. Oplossingen omvatten het gebruik van datastructuren met versiebeheer (bijvoorbeeld het toevoegen van een teller) of het gebruik van dubbelbrede CAS (indien ondersteund door uw hardware).
5. Testen en verificatie:
* Gelijktijdigheidstesten: Test uw code grondig in gelijktijdige omgevingen met behulp van meerdere threads of processen.
* Stresstesten: Onderwerp uw toepassing aan hoge belastingen om mogelijke raceomstandigheden of andere gelijktijdigheidsgerelateerde problemen bloot te leggen.
* Statische analysehulpmiddelen: Gebruik statische analysehulpmiddelen die potentiële raceomstandigheden of andere gelijktijdigheidsfouten kunnen detecteren.
* Modelcontrole: Voor kritieke toepassingen kunt u overwegen modelcontroletechnieken te gebruiken om de juistheid van uw gelijktijdige code formeel te verifiëren. Dit is een meer geavanceerde aanpak die sterke garanties kan bieden over de afwezigheid van gelijktijdigheidsfouten.
* Thread Sanitizer (TSan): Gebruik thread-sanitizers (bijvoorbeeld in GCC/Clang) om tijdens runtime automatisch racecondities en andere threading-fouten te detecteren.
6. Codebeoordeling en documentatie:
* Codebeoordeling: Laat uw code beoordelen door ervaren ontwikkelaars die inzicht hebben in gelijktijdig programmeren en atomaire bewerkingen. Concurrency-bugs kunnen subtiel en moeilijk te vinden zijn.
* Documentatie: Documenteer het gebruik van atomaire operaties duidelijk in uw code, leg uit waarom ze nodig zijn en hoe ze werken. Dit zal andere ontwikkelaars helpen uw code in de toekomst te begrijpen en te onderhouden.
Voorbeeld:Thread-Safe Counter met behulp van Atomic Operations (C++)
```c++
#include
#include
#include
#include
klasse AtomicCounter {
privé:
std::atomic aantal{0};
publiek:
ongeldige toename() {
count.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed); // Ontspannen bestellen is hier voldoende.
}
int getCount() const {
return count.load(std::memory_order_relaxed);
}
};
int hoofd() {
AtomicCounter-teller;
int aantalThreads =10;
int toenamesPerThread =10000;
std::vector threads;
for (int i =0; i
threads.emplace_back([&]() {
for (int j =0; j
counter.increment();
}
});
}
voor (auto&thread:threads) {
draad.join();
}
std::cout <<"Eindtelling:" <
retour 0;
}
```
Voordelen van atomair programmeren:
* Verbeterde gegevensintegriteit: Voorkomt raceomstandigheden en datacorruptie, wat leidt tot betrouwbaardere software.
* Verhoogde efficiëntie: Kan in bepaalde scenario's efficiënter zijn dan traditionele vergrendelingsmechanismen, vooral bij fijnmazige vergrendelingsstrategieën.
* Verminderde vergrendelingsconflicten: Lock-free algoritmen op basis van atomaire operaties kunnen lock-conflicten elimineren, wat leidt tot betere prestaties.
* Vereenvoudigde code: Atomaire operaties kunnen code soms vereenvoudigen door de noodzaak van expliciete vergrendeling en ontgrendeling te elimineren.
Nadelen van atomair programmeren:
* Verhoogde complexiteit: Het implementeren en debuggen van gelijktijdige code met atomaire bewerkingen kan complexer zijn dan het gebruik van traditionele vergrendeling.
* Potentieel voor subtiele fouten: Concurrency-bugs kunnen subtiel en moeilijk te detecteren zijn.
* Hardwareafhankelijkheid: De beschikbaarheid en prestaties van atomaire bewerkingen kunnen variëren, afhankelijk van de onderliggende hardware.
* Vereist diepgaand begrip: Voor het op de juiste manier gebruiken van geheugenvolgorde en het omgaan met problemen zoals het ABA-probleem is een goed begrip van concurrency-concepten vereist.
Concluderend:het integreren van atomaire programmering kan leiden tot aanzienlijke verbeteringen in efficiëntie en betrouwbaarheid, maar het is van cruciaal belang om uw probleemdomein zorgvuldig te analyseren, de juiste atomaire primitieven te kiezen en uw code grondig te testen om de juistheid ervan te garanderen. Begin klein en integreer geleidelijk atomaire operaties in uw codebase naarmate u ervaring en zelfvertrouwen opdoet.
