复杂数据结构的原子变量真的使用锁吗？如果是，如何使用？

原子变量和锁

在多线程编程领域，原子变量在确保数据操作的一致性方面发挥着至关重要的作用。然而，当涉及像 foo 这样具有多个元素的复杂数据结构时，就会出现关于原子变量中是否存在锁的担忧。

原子变量和锁的难题

尽管假设较大的原子类型需要锁，但观察结果表明并非如此。下面的代码片段演示了这种现象：

#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;
}

这段代码的输出是：

0
16
16

如你所见，is_lock_free()方法为原子变量var返回0 ，但它的大小仍然与其底层数据结构 foo 的大小相同。这就引发了一些问题：锁存储在哪里，它如何影响原子变量的多个实例？

揭开锁机制

的常见实现原子变量中的锁涉及互斥体的哈希表。原子对象的地址充当密钥，将其分配给唯一的锁。此哈希函数可确保多个原子变量映射到不同的锁，从而有效地隔离它们的访问操作。

潜在影响和性能注意事项

哈希表内的冲突可能会导致多个原子对象共享同一锁。虽然这不会影响正确性，但可能会造成性能瓶颈。多个线程可能会竞争对共享锁的访问，而不是不同对象之间的独立争用。

不存在死锁

需要注意的是，死锁在以下情况下是不可能的：这是因为 std::atomic 操作从不尝试同时获取多个对象上的锁。这种设计确保额外的争用不会影响正确性，但可能会影响性能。

结论

原子变量对复杂的数据结构采用锁机制来维护数据完整性。这些锁通常被实现为互斥体的哈希表，以原子变量的地址作为键。虽然共享锁可能会导致性能问题，但通过 std::atomic 函数的设计可以防止死锁。

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