想要一种在C++中交换两个指针的有效方法

Question

我有两个指针指向多线程C++应用程序中的一个大图形对象.我试着每5分钟更换一次.哪种方式安全且性能最佳？C++ 11 atomic<>是一个不错的选择吗？

Answer 1

交换是否需要是原子的？即你需要保证另一个线程在交换时不能观察到它们具有相同的值吗？

如果您不需要保证交换是原子的,那么只需使用两个std::atomic<T*>对象并使用临时交换它们:

T* tmp = p1;
p1 = p2.load();
p2 = tmp;

如果你需要交换是原子的,那么在标准C++中你需要将它们存储在同一个结构中,所以它可以在一个步骤中更新,例如

struct TwoPointers { T* p1; T* p2; }
std::atomic<TwoPointers> p;

然后你可以像这样交换它们:

auto old = p.load();
p = { old.p2, old.p1 };

这使用双字原子操作,可能在幕后使用互斥体实现,因此通过临时的简单分配可能会表现得更好,但我怀疑它会每五分钟产生一次差异.

上面的两个版本都假设只有一个线程会在任何时候尝试交换它们,因为虽然加载旧值是以原子方式完成的,并且写入新值是以原子方式完成的,但在这两个步骤之间有一个窗口,在此期间另一个线程可以更改指针值.如果这是一个问题,请std::atomic<TwoPointers>改用:

auto old = p.load();
while (!p.compare_exchange_strong(old, { old.p2, old.p1 }))
{ };

compare_exchange_strong在循环中使用比单个原子存储稍慢,但如果它仅每五分钟发生一次,您将不会注意到差异.

这个TwoPointers解决方案也意味着两个指针共享一个缓存行,但如果它们是每隔五分钟只读一次,那么这不是问题.