我非常好奇于不同同步原理的性能，于是对atomic, spinlock和mutex做了如下实验来比较：
1. 无同步的情况
#include <future>
#include <iostream> volatile int value = ; int loop (bool inc, int limit) {
std::cout << "Started " << inc << " " << limit << std::endl;
for (int i = ; i < limit; ++i) {
if (inc) {
++value;
} else {
--value;
}
}
return ;
} int main () {
auto f = std::async (std::launch::async, std::bind(loop, true, ));//开启一个线程来执行loop函数，c++11的高级特性
loop (false, );
f.wait ();
std::cout << value << std::endl;
}
通过clang编译器：
clang++ -std=c++ -stdlib=libc++ -O3 -o test test.cpp && time ./test
运行：
SSttaarrtteedd real 0m0.070s
user 0m0.089s
sys 0m0.002s
从运行结果很显然的我们可以看出增减不是原子性操作的，变量value最后所包含的值是不确定的（垃圾）。
2. 汇编LOCK
#include <future>
#include <iostream> volatile int value = ; int loop (bool inc, int limit) {
std::cout << "Started " << inc << " " << limit << std::endl;
for (int i = ; i < limit; ++i) {
if (inc) {
asm("LOCK");
++value;
} else {
asm("LOCK");
--value;
}
}
return ;
} int main () {
auto f = std::async (std::launch::async, std::bind(loop, true, )); //开启一个线程来执行loop函数，c++11的高级特性
loop (false, );
f.wait ();
std::cout << value << std::endl;
}
SSttaarrtteedd real 0m0.481s
user 0m0.779s
sys 0m0.005s
在最后变量value得到了正确的值，但是这些代码是不可移植的（平台不兼容的），只能在X86体系结构的硬件上运行，而且要想程序能正确运行编译的时候必须使用-O3编译选项。另外，由于编译器会在LOCK指令和增加或者减少指令之间注入其他指令，因此程序很容易出现“illegal instruction”异常从而导致程序被崩溃。
3. 原子操作atomic
#include <future>
#include <iostream>
#include "boost/interprocess/detail/atomic.hpp" using namespace boost::interprocess::ipcdetail; volatile boost::uint32_t value = ; int loop (bool inc, int limit) {
std::cout << "Started " << inc << " " << limit << std::endl;
for (int i = ; i < limit; ++i) {
if (inc) {
atomic_inc32 (&value);
} else {
atomic_dec32 (&value);
}
}
return ;
} int main () {
auto f = std::async (std::launch::async, std::bind (loop, true, ));
loop (false, );
f.wait ();
std::cout << atomic_read32 (&value) << std::endl;
}
运行：
SSttaarrtteedd real 0m0.457s
user 0m0.734s
sys 0m0.004s
最后结果是正确的，从所用时间来看跟汇编LOCK的差不多。当然原子操作的底层也是使用了LOCK汇编来实现的，只不过是使用了可移植的方法而已。
4. 自旋锁spinlock
#include <future>
#include <iostream>
#include "boost/smart_ptr/detail/spinlock.hpp" boost::detail::spinlock lock;
volatile int value = ; int loop (bool inc, int limit) {
std::cout << "Started " << inc << " " << limit << std::endl;
for (int i = ; i < limit; ++i) {
std::lock_guard<boost::detail::spinlock> guard(lock);
if (inc) {
++value;
} else {
--value;
}
}
return ;
} int main () {
auto f = std::async (std::launch::async, std::bind (loop, true, ));
loop (false, );
f.wait ();
std::cout << value << std::endl;
}
运行:
SSttaarrtteedd real 0m0.541s
user 0m0.675s
sys 0m0.089s
最后结果是正确的，从用时来看比上述的慢点，但是并没有慢太多
5. 互斥锁mutex
#include <future>
#include <iostream> std::mutex mutex;
volatile int value = ; int loop (bool inc, int limit) {
std::cout << "Started " << inc << " " << limit << std::endl;
for (int i = ; i < limit; ++i) {
std::lock_guard<std::mutex> guard (mutex);
if (inc) {
++value;
} else {
--value;
}
}
return ;
} int main () {
auto f = std::async (std::launch::async, std::bind(loop, true, ));
loop (false, );
f.wait ();
std::cout << value << std::endl;
}
运行：
SSttaarrtteedd real 0m25.229s
user 0m7.011s
sys 0m22.667s
互斥锁要比前面几种的慢很多
Benchmark
Method Time (sec.)
No synchronization 0.070
LOCK 0.481
Atomic 0.457
Spinlock 0.541
Mutex 22.667
当然，测试结果会依赖于不同的平台和编译器（我是在Mac Air和clang上做的测试）。
原文链接:http://demin.ws/blog/english/2012/05/05/atomic-spinlock-mutex/