atomic_flag

2020-12-25

std::atomic_flag是最简单的标准原子类型，它表示了一个bool标志。这个类型的对象可以在两个状态切换：设置和清除。

std::atomic_flag类型的对象必须被ATOMIC_FLAG_INIT初始化，初始化标志位是清除状态。

1	std::atomic_flag f = ATOMIC_FLAG_INIT;

这适用于任何对象的声明，并且可以在任意范围内。它是唯一需要以这种方式初始化的原子类型，它是唯一保证无锁的类型。std::atomic_flag在首次使用时，都需要初始化。当std::atomic_flag对象已经初始化，那么对于此对象只能做三件事情：销毁，清除或设置。这些操作对应的函数分别是： clear()成员函数，和test_and_set()成员函数。

clear()和test_and_set()成员函数可以指定内存顺序。clear()是一个存储操作，所以不能有memory_order_acquire或memory_order_acq_rel语义。但是test_and_set()是一个读-改-写操作，所有可以应用于任何内存顺序标签。每一个原子操作，默认的内存顺序都是memroy_order_seq_cst。例如：

1 2	f.clear(std::memory_order_release); bool x = f.test_and_set()

对于std::atomic_flag对象不能进行拷贝构造，也不能将一个对象赋予另一个std::atomic_flag对象。copy constructor和copy assignment 都是不支持的，对于所有的原子类型而言。因为赋值和拷贝构造都会包含操作的原子性。下面使用std::atomic_flag实现一个自选互斥锁。初始化标志是“清除”，并且互斥量处于解锁状态。为了锁上互斥量，循环运行test_and_set()直到旧值为false，就意味着这个线程已经被设置为true了。解锁互斥量是一件很简单的事情，将标志清除即可：

class Spinlock_mutex{
	std::atomic_flag _flag;
public:
    Spinlock_mutex() : _flag(ATOMIC_FLAG_INIT)
    {}
    void lock(){
        while(_flah.test_and_set(std::memory_order_acquire)){}
    }
    void unlock(){
        _flag.clear(std::memory_order_release);
    }
};

使用std::atomic_flag的示例如下：

#include <atomic>
#include <thread>
#include <iostream>
#include <vector>
std::atomic_flag f = ATOMIC_FLAG_INIT;
void ThreadTest() {

	if (f.test_and_set(std::memory_order_acquire)) {
		std::cout << "thread id is : " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
		f.clear(std::memory_order_release);
	}

}

int main(int argc,char *argv[])
{
	std::vector<std::thread> tls;
	for (int i = 0; i < 5; i++) {
		tls.emplace_back(std::thread(ThreadTest));
	}
	for (auto& it : tls) {
		it.join();
	}
	std::cin.get();
    return 0;
}

下表是一个内存顺序模型和值：

Memory Order 值	Memory Order 类型
memory_order_relaxed	Relaxed
memory_order_consume	Consume
memory_order_acquire	Acquire
memory_order_release	Release
memory_order_acq_rel	Acquire/Release
memory_order_seq_cst	Sequentially consistent