在我们谈起"*并发编程*",其实可以直接简单理解为"**多线程编程**",我知道你或许有疑问:"那多进程呢?" C++ 语言层面没有进程的概念,并发支持库也不涉及多进程,所以在本教程中,不用在意。

  我们完全使用标准 C++ 进行教学。

  我们主要使用标准 C++ 进行教学,也会稍微涉及一些其它库。

"同步操作"是指在计算机科学和信息技术中的一种操作方式,其中不同的任务或操作按顺序执行,一个操作完成后才能开始下一个操作。在同步操作中,各个任务之间通常需要相互**协调和等待**,以确保**数据的一致性和正确性**。

"同步操作"是指在计算机科学和信息技术中的一种操作方式,其中不同的任务或操作按顺序执行,一个操作完成后才能开始下一个操作。在多线程编程中,各个任务通常需要通过同步操作进行相互**协调和等待**,以确保数据的**一致性**和**正确性**。

本章的主要内容有:

- 内存模型定义了多线程程序中,读写操作如何在不同线程之间可见,以及这些操作在何种顺序下执行。内存模型确保程序的行为在并发环境下是可预测的。

- 原子操作即**不可分割的操作**。系统的所有线程,不可能观察到原子操作完成了一半。

最基础的概念就是如此,这里不再过多赘述,后续还会详细展开内存模型的问题。

int a = 0;

void f(){

++a;

}

显然,`++a` 是非原子操作,也就是说在多线程中可能会被另一个线程观察到只完成一半。

1. 线程 A 和线程 B 同时开始修改变量 `a` 的值。

2. 线程 A 对 `a` 执行递增操作,但还未完成。

3. 在线程 A 完成递增操作之前,线程 B 也执行了递增操作。

4. 线程 C 读取 `a` 的值。

线程 C 到底读取到多少不确定,a 的值是多少也不确定。显然,这构成了数据竞争,出现了[未定义行为](https://zh.cppreference.com/w/cpp/language/ub)。

在之前的内容中,我们讲述了使用很多设施,如互斥量,来保护共享资源。

std::mutex m;

void f() {

std::lock_guard<std::mutex>{m};

++a;

}

通过互斥量的保护,即使 `++a` 本身不是原子操作,**逻辑上也可视为原子操作**。互斥量确保了对共享资源的访问是线程安全的,避免了数据竞争问题。

不过这显然不是我们的重点,C++11 引入了原子类型 [`std::atomic`](https://zh.cppreference.com/w/cpp/atomic/atomic),在下文我们会详细讲解。

标准原子类型定义在头文件 `<atomic>` 中。这些类型的操作都是原子的,语言定义中只有这些类型的操作是原子的,虽然也可以用互斥量来模拟原子操作(见上文)。标准的原子的类型实现可能是:*它们几乎都有一个 `is_lock_free()` 成员函数,这个函数可以让用户查询某原子类型的操作是直接用的原子指令(返回 `true`),还是内部用了锁实现(返回 `false`)。*

原子操作可以代替互斥量,来进行同步操作,也能带来更高的性能。但是如果它的内部使用互斥量实现,那么不可能有性能的提升。

在 C++17 中,所有原子类型都有一个 `static constexpr` 的数据成员 [`is_always_lock_free`](https://zh.cppreference.com/w/cpp/atomic/atomic/is_always_lock_free) 。如果当前环境上的原子类型 X 是无锁类型,那么 `X::is_always_lock_free` 将返回 `true` 。例如:

std::atomic<int>::is_always_lock_free // true 或 false