c++ - 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。我尝试每 5 分钟交换一次。哪种方式安全且性能最佳？是 C++11 atomic<>一个好的选择？

Answer 1

交换是否需要是原子的？即，您是否需要保证另一个线程在交换时无法观察到它们具有相同的值？

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;

如果您需要交换是原子的，然后在标准 C++ 中执行，您需要将它们存储在相同的结构中，以便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锁实现，因此通过临时对象进行的简单赋值可能会执行得更好，但我怀疑它每五分钟一次会有什么不同。

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，因为尽管加载旧值是原子地完成的，并且写入新值也是原子地完成的，但是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，请使用 std::atomic<TwoPointers>像这样:

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

使用 compare_exchange_strong in a loop 比单个 atomic store 稍微慢一些，但如果它每五分钟只发生一次，你也不会注意到差异。

这TwoPointers解决方案还意味着这两个指针共享一个缓存行，但如果它们是只读的，除了每五分钟交换一次，那么这不是问题。