c++ - 防止 std::atomic 溢出

Question

我有一个原子计数器 ( std::atomic<uint32_t> count )，它向多个线程处理顺序递增的值。

uint32_t my_val = ++count;

在我得到 my_val 之前我想确保增量不会溢出(即:回到0)

if (count == std::numeric_limits<uint32_t>::max())
    throw std::runtime_error("count overflow");

我认为这是一个天真的检查，因为如果在递增计数器之前由两个线程执行检查，则第二个要递增的线程将返回 0

if (count == std::numeric_limits<uint32_t>::max()) // if 2 threads execute this
    throw std::runtime_error("count overflow");
uint32_t my_val = ++count;       // before either gets here - possible overflow

因此我想我需要使用 CAS操作以确保当我递增我的计数器时，我确实在防止可能的溢出。

所以我的问题是:

• 我的实现是否正确？
• 它是否尽可能高效(具体来说，我需要检查 max 两次)吗？

我的代码(带有工作范例)如下:

#include <iostream>
#include <atomic>
#include <limits>
#include <stdexcept>
#include <thread>

std::atomic<uint16_t> count;

uint16_t get_val() // called by multiple threads
{
    uint16_t my_val;
    do
    {
        my_val = count;

        // make sure I get the next value

        if (count.compare_exchange_strong(my_val, my_val + 1))
        {
            // if I got the next value, make sure we don't overflow

            if (my_val == std::numeric_limits<uint16_t>::max())
            {
                count = std::numeric_limits<uint16_t>::max() - 1;
                throw std::runtime_error("count overflow");
            }
            break;
        }

        // if I didn't then check if there are still numbers available

        if (my_val == std::numeric_limits<uint16_t>::max())
        {
            count = std::numeric_limits<uint16_t>::max() - 1;
            throw std::runtime_error("count overflow");
        }

        // there are still numbers available, so try again
    }
    while (1);
    return my_val + 1;
}

void run()
try
{
    while (1)
    {
        if (get_val() == 0)
            exit(1);
    }

}
catch(const std::runtime_error& e)
{
    // overflow
}

int main()
{
    while (1)
    {
        count = 1;
        std::thread a(run);
        std::thread b(run);
        std::thread c(run);
        std::thread d(run);
        a.join();
        b.join();
        c.join();
        d.join();
        std::cout << ".";
    }
    return 0;
}

Answer 1

是的，您需要使用 CAS操作。

std::atomic<uint16_t> g_count;

uint16_t get_next() {
   uint16_t new_val = 0;
   do {
      uint16_t cur_val = g_count;                                            // 1
      if (cur_val == std::numeric_limits<uint16_t>::max()) {                 // 2
          throw std::runtime_error("count overflow");
      }
      new_val = cur_val + 1;                                                 // 3
   } while(!std::atomic_compare_exchange_weak(&g_count, &cur_val, new_val)); // 4

   return new_val;
}

思路如下:一次g_count == std::numeric_limits<uint16_t>::max() , get_next()函数将始终抛出异常。

步骤:

1. 获取计数器的当前值
2. 如果它是最大的，抛出一个异常(不再有可用的数字)
3. 获取新值作为当前值的增量
4. 尝试自动设置新值。如果我们设置失败(已经由另一个线程完成)，请重试。