Question

比较和交换功能可以用于原子交换变量吗？我在x86_64 RedHat Linux上通过gcc使用C / C ++，特别是__sync builtins。例如：

   int x = 0, y = 1; 
   y = __sync_val_compare_and_swap(&x, x, y);

我认为这归结为x是否可以在＆amp; x和x之间变换;例如，如果＆amp; x构成一个操作，则x可能在参数中的＆amp; x和x之间变化。我想假设上面隐含的比较总是正确的;我的问题是我是否可以。显然有CAS的bool版本，但是我不能让旧的x写入y。

一个更有用的例子可能是从链接列表的头部插入或删除（gcc声称支持指针类型，所以假设这是元素和头部）：

   elem->next = __sync_val_compare_and_swap(&head, head, elem); //always inserts?
   elem = __sync_val_compare_and_swap(&head, head, elem->next); //always removes?

参考： http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Atomic-Builtins.html

Answer 1

该操作实际上可能不会将新值存储到目标中，因为与另一个线程的竞争会在您尝试的同一时刻更改该值。 CAS原语不保证写入发生 - 只有当值已经是预期值时才发生写入。如果值不是预期值，则原语无法知道正确的行为是什么，因此在这种情况下没有任何反应 - 您需要通过检查返回值来确定操作是否有效来解决问题。

所以，你的例子：

elem->next = __sync_val_compare_and_swap(&head, head, elem); //always inserts?

不一定会插入新元素。如果另一个线程同时插入一个元素，那么可能会导致该线程对__sync_val_compare_and_swap()的调用不更新head的竞争条件（但是如果你这个线程或其他线程的元素都没有丢失）正确处理它）。

但是，这行代码存在另一个问题 - 即使head确实得到更新，head指向插入元素的时间很短，但该元素的{{1} }指针尚未更新为指向列表的上一个头部。如果另一个线程在那一刻猛扑进去并试图走在列表中，就会发生不好的事情。

要正确更新列表，请将该行代码更改为：

next

或者使用whatever_t* prev_head = NULL; do { elem->next = head; // set up `elem->head` so the list will still be linked // correctly the instant the element is inserted prev_head = __sync_val_compare_and_swap(&head, elem->next, elem); } while (prev_head != elem->next);变体，我认为这样更方便：

bool

这有点难看，我希望我做对了（在线程安全代码的细节中很容易被绊倒）。它应该包含在do { elem->next = head; // set up `elem->head` so the list will still be linked // correctly the instant the element is inserted } while (!__sync_bool_compare_and_swap(&head, elem->next, elem));函数中（或者更好，使用适当的库）。

解决ABA问题：

我不认为ABA问题与“将元素添加到列表头部”代码相关。假设一个线程想要将对象insert_element()添加到列表中，并且当它执行X时，elem->next = head具有值head。

然后在执行A1之前，又出现了另一组线程：

从列表中删除__sync_val_compare_and_swap()，使A1指向head
对象B执行任何操作并释放它
分配另一个对象，A1碰巧与A2所在的地址相同
将A1添加到列表中，以便A2现在指向head

由于A2和A1具有相同的标识符/地址，因此这是ABA问题的一个实例。

但是，在这种情况下并不重要，因为线程添加对象A2并不关心X指向的是与其开始时不同的对象 - 所有它关心的是当head排队时：

列表一致，
列表中没有任何对象丢失，
列表中没有添加X以外的任何对象（通过此主题）

Answer 2

不。 x86上的CAS指令从寄存器中获取值，并将其与内存中的值进行比较/写入。

为了原子地交换两个变量，它必须使用两个内存操作数。

至于x和&x之间x是否可以更改？是的，当然可以。

即使没有&，也可能会发生变化。

即使在诸如Foo(x, x)之类的函数中，也可以得到两个不同的x值，因为为了调用该函数，编译器必须：

取x的值，并根据调用约定
取x的值，并根据调用约定

在这两个操作之间，另一个线程可以轻松修改x。

的值

Answer 3

看起来你正在寻找的是互锁交换原语，而不是互锁比较交换。这将无条件地将保持寄存器与目标存储器位置原子交换。

但是，对y的作业之间的竞争条件仍有问题。有时y是本地的，在这种情况下这是安全的，但如果共享x和y，则会遇到重大问题，需要锁定才能解决问题。

使用CAS进行原子交换（使用gcc sync builtins）

3 个答案: