rust - 有没有办法绕过原子操作的成本？

Question

我有一个计数器，目前是一个原子 u32，在我的代码的热门部分使用，它通常只增加 1。偶尔，它会从代码的一个非常不同的部分读取，但如果确实发生了，该值必须准确(至少在同一线程上)。但是，我怀疑原子性可能会对性能产生不良影响。我必须解决的一个想法是让主计数器是非原子的，但以原子方式写入第二个计数器。

原子写入比读取便宜吗？比如它不需要清除(那么多)缓存吗？

Answer 1

长话短说

如果您只有一个写入线程和一个读取线程，您所需要的只是使用带有 relaxed memory ordering or acquire/release 的原子。 .

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在 x86 上，它将被转换为普通的 add/mov 指令，因此不会对性能产生影响。

这是一个正常的计数器增量:

example::normal_inc:
        add     dword ptr [rip + example::normal_u32], 1
        ret

这是一个松散排序的原子计数器增量:

example::atomic_inc:
        add     dword ptr [rip + example::atomic_u32], 1
        ret

在 x86 上没有区别，因此没有性能影响。但是代码正确吗？

Relaxed loads/stores 不保证跨线程的顺序，但保证同一线程上的顺序和原子性。什么意思？

对于一个作者和一个读者的情况，这意味着如果线程 W 更新计数器，线程 R 最终将看到更改，并且该值将有效，因为保证了原子性。例如，如果计数器为 0，线程 W 将其增加到 1 和 2，则保证线程 R 最终会看到 2，而它永远不会看到 42 或一些其他的随机数。

不能保证的是这个数字将与其他原子或非原子变量对齐。假设，如果线程 W 将元素添加到列表，然后增加计数器，线程 R 可能会以相反的顺序看到这些事件，即首先增加计数器，然后一个新元素出现在列表中。

从线程 W 的角度来看，仍然可以保证的是事件的顺序。使用列表的相同示例，可以保证对于线程 W，列表元素将在计数器增加之前出现，因为所有这些更改都发生在同一线程内，而不是跨不同的线程。

由于 x86 具有非常强大的内存排序，即使是 aquire/release ordering on the atomics 仍然使用正常的 add/mov 操作。参见 memory ordering on Wikipedia .

获取/释放语义不仅保证了原子性，还保证了顺序。以列表为例，线程W 添加一个列表元素，然后释放 一个计数器。当线程 R acquires 计数器时，可以保证列表元素在那里。在 x86 上，此保证不会产生额外费用。

另请参阅上面关于 Godbolt 的示例:https://godbolt.org/z/4EsY4j