`std::atomic` 変数はロックを使用しますか?使用する場合はどのように?

std::atomic 変数のロックの場所

データの整合性が重要であるアトミック変数のコンテキストでは、よくある誤解問題は、そのような変数内のロックの存在と格納に関連して発生します。一般に信じられているにもかかわらず、アトミック変数は、特に CPU によってアトミックに操作できない大規模なデータ構造を扱う場合に、データの一貫性を維持するためにロックを利用することがあります。

ロックの実装

これらのロックの一般的な実装は、ミューテックスまたはスピンロックのハッシュ テーブルです。キーとして機能するアトミックオブジェクト。このハッシュ テーブルは、アトミック変数を操作するすべてのスレッドがアクセスできる共有メモリ空間内に存在します。

ロック取得

スレッドがアトミック変数を変更しようとすると、まず変数のアドレスに関連付けられたロックを取得します。これにより、一度に 1 つのスレッドだけが変数にアクセスして変更できるようになり、データの破損や競合状態が防止されます。

衝突処理

ハッシュの衝突に注意することが重要です。これにより、複数のアトミック オブジェクトが同じロックを共有する可能性がありますという状況が発生する可能性があります。これは正確性の問題ではありませんが、複数のスレッドが共有ロックへのアクセスを競合するため、パフォーマンスが低下する可能性があります。

ロックフリー オブジェクト

アトミック変数はロックフリーなので、データの一貫性を維持するために外部ロックは必要ありません。これは通常、CPU によってアトミックに操作できる小さなデータ型の場合に当てはまります。欠点は、このような実装では、より大きく複雑なデータ構造の処理が制限される可能性があることです。

デッドロック防止

std::atomic 操作が特に重要であることを強調する価値があります。 デッドロックを防止するように設計されています。これは、 std::atomic 関数が一度に複数のオブジェクトをロックしようとしないという事実によって保証されます。

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