Question

我使用原子而不是锁来写一些东西，并且在我的情况下，我写了下面这个迷你测试的速度慢得多：

#include <pthread.h>
#include <vector>

struct test
{
    test(size_t size) : index_(0), size_(size), vec2_(size)
        {
            vec_.reserve(size_);
            pthread_mutexattr_init(&attrs_);
            pthread_mutexattr_setpshared(&attrs_, PTHREAD_PROCESS_PRIVATE);
            pthread_mutexattr_settype(&attrs_, PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP);

            pthread_mutex_init(&lock_, &attrs_);
        }

    void lockedPush(int i);
    void atomicPush(int* i);

    size_t              index_;
    size_t              size_;
    std::vector<int>    vec_;
    std::vector<int>    vec2_;
    pthread_mutexattr_t attrs_;
    pthread_mutex_t     lock_;
};

void test::lockedPush(int i)
{
    pthread_mutex_lock(&lock_);
    vec_.push_back(i);
    pthread_mutex_unlock(&lock_);
}

void test::atomicPush(int* i)
{
    int ii       = (int) (i - &vec2_.front());
    size_t index = __sync_fetch_and_add(&index_, 1);
    vec2_[index & (size_ - 1)] = ii;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    const size_t N = 1048576;
    test t(N);

//     for (int i = 0; i < N; ++i)
//         t.lockedPush(i);

    for (int i = 0; i < N; ++i)
        t.atomicPush(&i);
}

如果我取消注释atomicPush操作并使用time(1)运行测试，我会得到如下输出：

real    0m0.027s
user    0m0.022s
sys     0m0.005s

如果我运行循环调用原子的东西（看似不必要的操作就在那里，因为我希望我的函数尽可能多地看起来像我的更大的代码那样）我得到如下输出：

real    0m0.046s
user    0m0.043s
sys     0m0.003s

我不确定为什么会发生这种情况，因为在这种情况下，我希望原子比锁更快......

当我使用-O3编译时，我看到锁定和原子更新如下：

lock:
    real    0m0.024s
    user    0m0.022s
    sys     0m0.001s

atomic:    
    real    0m0.013s
    user    0m0.011s
    sys     0m0.002s

在我较大的应用程序中，虽然锁定（单线程测试）的性能仍然在做得更好，不管它是什么..

Answer 1

无争用互斥锁的锁定和解锁速度非常快。使用原子变量，你总是支付一定的内存同步惩罚（特别是因为你甚至没有使用轻松的排序）。

您的测试用例过于天真，无法使用。您必须测试严重争用的数据访问方案。

通常，原子缓慢（它们阻碍了内部重新排序，流水线操作和缓存），但它们允许无锁代码，确保整个程序可以使 >一些进展。相比之下，如果您在持有锁定时被换出，每个人都必须等待。

Answer 2

只需添加第一个答案，当您执行__sync_fetch_and_add时，您实际上会强制执行特定的代码排序。来自documentation

调用此函数时会创建一个完整的内存屏障

memory barrier是

中央处理单元（CPU）或编译器，对屏障指令之前和之后发出的内存操作强制执行排序约束

即使你的工作是原子的，你也可能通过强制指令的排序而失去编译器优化。

在这种无竞争的情况下，为什么原子比锁定慢得多？

2 个答案: