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如何僅使用 32 位元原子實(shí)現(xiàn) 64 位元原子計(jì)數(shù)器？

Barbara Streisand

Jan 04, 2025 pm 04:52 PM

How to Implement a 64-Bit Atomic Counter Using Only 32-Bit Atomics?

使用32 位元原子實(shí)作64 位元原子計(jì)數(shù)器

簡介：

簡介：

本文介紹了64 位元原子計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使用32 位元原子操作。它旨在提供對共享計(jì)數(shù)器的高效、無鎖訪問，特別適合具有多個(gè)讀取器和單個(gè)寫入器的場景。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：

建議的設(shè)計(jì)是基於「SeqLock」的概念，它利用 32位生成計(jì)數(shù)，其中低位用作讀鎖

class counter {
    atomic<uint32_t> lo_;
    atomic<uint32_t> hi_;
    atomic<uint32_t> gen_;

    uint64_t read() const {
        auto acquire = memory_order_acquire;
        uint32_t lo, hi, gen1, gen2;
        do {
            gen1 = gen_.load(acquire);
            lo = lo_.load(acquire);
            hi = hi_.load(acquire);
            gen2 = gen_.load(acquire);
        } while (gen1 != gen2 || (gen1 & 1));
        return (uint64_t(hi) << 32) | lo;
    }

    void increment() {
        auto release = memory_order_release;
        gen_.fetch_add(1, release);
        uint32_t newlo = 1 + lo_.fetch_add(1, release);
        if (newlo == 0) {
            hi_.fetch_add(1, release);
        }
        gen_.fetch_add(1, release);
    }
};

代碼實(shí)現(xiàn)：

設(shè)計(jì)評估：
正確性： 設(shè)計(jì)提供了64位元原子計(jì)數(shù)器的有效實(shí)現(xiàn)，防止競爭條件並確保所有執(zhí)行緒都看到一致的值。
效率：使用 32 位元原子而不是 64 位元原子可以提高效能，特別是在 64 位元原子操作成本高昂的系統(tǒng)中。

無鎖性：SeqLock設(shè)計(jì)消除了對鎖的需求，從而實(shí)現(xiàn)高並發(fā)訪問

替代解決方案：

void increment() {
    auto release = memory_order_release;
    uint64_t count = lo_.load(release) | (uint64_t(hi_.load(release)) << 32);
    count++;
    lo_.store(count & uint32_t(-1), release);
    hi_.store((count >> 32) & uint32_t(-1), release);
}

需要注意的是，原子讀-修改-寫（RMW）操作對於增量操作。相反，更有效的方法是使用帶有釋放記憶體排序的純載入和儲存：

結(jié)論：建議的實(shí)作提供了一個(gè)高效且正確的解決方案用於使用32 位元原子建立64 位元原子計(jì)數(shù)器。 SeqLock 設(shè)計(jì)確保計(jì)數(shù)器在無鎖定的情況下運(yùn)行，同時(shí)允許多個(gè)讀取器和單個(gè)寫入器同時(shí)操作，而不會引入資料競爭。

以上是如何僅使用 32 位元原子實(shí)現(xiàn) 64 位元原子計(jì)數(shù)器？的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！

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