Haskell：“atomicModifyIORef”是如何工作的？

Question

有人可以解释atomicModifyIORef是如何工作的吗？ 特别是：

(1) 它是等待锁定，还是乐观地尝试并在存在争用时重试（如TVar ）。
(2) 为什么 atomicModifyIORef 的签名与atomicModifyIORef的签名modifyIORef ？ 特别是，这个额外的变量b是什么？

编辑：我想我已经找到了 (2) 的答案，因为b是要提取的值（如果不需要，它可以为空）。 在单线程程序中，知道该值是微不足道的，但在多线程程序中，人们可能想知道在应用 function 时的先前值是什么。 我认为这就是为什么modifyIORef没有这个额外的返回值（因为带有这个返回值的modifyIORef的用法可能无论如何都应该使用atomicModifyIORef 。不过我仍然对（1）的答案感兴趣。

Answer 1

它是等待锁定，还是乐观地尝试并在存在争用时重试（如 TVar）。

atomicModifyIORef 在您所在的底层硬件架构上使用锁定指令，以原子方式将指针交换到分配的 Haskell object。

在 x86 上，它使用 cas 指令，通过atomicModifyMutVar#作为语言的原语公开，它在 Cmm 中作为运行时服务实现为：

stg_atomicModifyMutVarzh
{
...

 retry:
   x = StgMutVar_var(mv);
   StgThunk_payload(z,1) = x;
#ifdef THREADED_RTS
   (h) = foreign "C" cas(mv + SIZEOF_StgHeader + OFFSET_StgMutVar_var, x, y) [];
   if (h != x) { goto retry; }
#else
   StgMutVar_var(mv) = y;
#endif
...
}

也就是说，它将尝试进行交换，否则重试。

cas 作为原语的实现展示了我们如何深入研究金属：

/*
 * Compare-and-swap.  Atomically does this:
 */
EXTERN_INLINE StgWord cas(StgVolatilePtr p, StgWord o, StgWord n);

/*
 * CMPXCHG - the single-word atomic compare-and-exchange instruction.  Used
 * in the STM implementation.
 */
EXTERN_INLINE StgWord
cas(StgVolatilePtr p, StgWord o, StgWord n)
{
#if i386_HOST_ARCH || x86_64_HOST_ARCH
    __asm__ __volatile__ (
      "lock\ncmpxchg %3,%1"
          :"=a"(o), "=m" (*(volatile unsigned int *)p)
          :"0" (o), "r" (n));
    return o;
#elif arm_HOST_ARCH && defined(arm_HOST_ARCH_PRE_ARMv6)
    StgWord r;
    arm_atomic_spin_lock();
    r  = *p;
    if (r == o) { *p = n; }
    arm_atomic_spin_unlock();
    return r;
#elif !defined(WITHSMP)
    StgWord result;
    result = *p;
    if (result == o) {
        *p = n;
    }
    return result;

所以你可以看到它能够在 Intel 中使用原子指令，在其他架构上将使用不同的机制。 运行时将重试。

Answer 2

atomicModifyIORef采用r:: IORef a和 function f:: a -> (a, b)并执行以下操作：

它读取r的值并将f应用于该值，产生(a',b) 。 然后用新值a'更新r ，而b是返回值。 这种读写访问是自动完成的。

当然，只有通过atomicModifyIORef完成对r的所有访问时，这种原子性才有效。 请注意，您可以通过查看来源 [1] 找到此信息。

[1] https://hackage.haskell.org/package/base-4.12.0.0/docs/Data-IORef.html#v:atomicModifyIORef