為什么只有 std::atomic_flag 保證是無鎖的？

Question

來自 C++ Concurrency in Action：

std::atomic 和 std::atomic_flag 的區別在於 std::atomic 可能不是無鎖的； 實現可能必須在內部獲取互斥鎖以確保操作的原子性

我想知道為什么。 如果 atomic_flag 保證是無鎖的，為什么不保證atomic<bool>也是如此？ 這是因為成員函數compare_exchange_weak嗎？ 我知道有些機器缺少一條比較和交換指令，是這個原因嗎？

Answer 1

首先，您完全可以使用std::atomic<very_nontrivial_large_structure> ，因此通常不能保證std::atomic是無鎖的（盡管大多數像bool或int這樣的瑣碎類型的特化可能可以，在大多數系統上）。 但這有點無關。

在 N2427/29.3 的注釋中給出了atomic_flag和其他任何東西都必須是無鎖的確切原因：

因此操作必須是無地址的。 沒有其他類型需要無鎖操作，因此 atomic_flag 類型是符合此標准所需的最小硬件實現類型。 其余類型可以使用 atomic_flag 進行模擬，盡管屬性不太理想。

換句話說，它是每個平台上必須保證的最低限度，因此可以正確實施標准。

Answer 2

該標准不保證原子對象是無鎖的。 在不為類型T提供無鎖原子操作的平台上， std::atomic<T>對象可以使用互斥鎖來實現，這不會是無鎖的。 在這種情況下，任何在其實現中使用這些對象的容器也不會是無鎖的。

該標准提供了檢查std::atomic<T>變量是否無鎖的機會：您可以使用var.is_lock_free()或atomic_is_lock_free(&var) 。 對於 int 等基本類型，還提供了宏（例如ATOMIC_INT_LOCK_FREE ），用於指定對該類型的無鎖原子訪問是否可用。

std::atomic_flag是一個原子布爾類型。 對於boolean類型，幾乎總是不需要使用互斥鎖或其他同步方式。