多线程条件下的计数器__原子的加/减 __sync_fetch_and_add

多线程条件下的计数器是服务器开发的常用操作，比如异步请求sessionid的活动，通常我们会用：

1、加锁取sessionid

2、分段取sessionid (在初始化阶段完成多线程分段取sessionid，这种使我们现在使用的方式，但是计数器是不能分段的)

当然我们知道，count++这种操作不是原子的。一个自加操作，本质是分成三步的：
1、 从缓存取到寄存器

2、 在寄存器加1

3、 存入缓存。

由于时序的因素，多个线程操作同一个全局变量，会出现问题。这也是并发编程的难点。在目前多核条件下，这种困境会越来越彰显出来。

最简单的处理办法就是加锁保护，这也是我最初的解决方案。看下面的代码：

pthread_mutex_t count_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_lock(&count_lock);

global_int++;

pthread_mutex_unlock(&count_lock);

后来在网上查找资料，找到了__sync_fetch_and_add系列的命令，发现这个系列命令讲的最好的一篇文章，英文好的同学可以直接去看原文。Multithreaded simple data type access and atomic variables

__sync_fetch_and_add系列一共有十二个函数，有加 /减 /与 /或 /异或 /等函数的原子性操作函数，__sync_fetch_and_add,顾名思义，先fetch，然后自加，返回的是自加以前的值。以count = 4为例，调用__sync_fetch_and_add(&count,1)，之后，返回值是4，然后，count变成了5。

有__sync_fetch_and_add，自然也就有__sync_add_and_fetch，这个的意思就很清楚了，先自加，在返回。他们哥俩的关系与i++和++i的关系是一样的。

有了这个宝贝函数，我们就有新的解决办法了。对于多线程对全局变量进行自加，我们就再也不用理线程锁了。下面这行代码，和上面被pthread_mutex保护的那行代码作用是一样的，而且也是线程安全的。

__sync_fetch_and_add( &global_int, 1 );

下面是这群函数的全家福，大家看名字就知道是这些函数是干啥的了。

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value);             //加  先取值，再做++

type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value);             //减

type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value);                //或

type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value);             //与

type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value);

type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value);

type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value);

type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value);

type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value);

type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value);

type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value);

type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value);

需要提及的是，这个type不能够瞎搞（type只能是int， long ，long long（及对应unsigned类型）。

 

下面看下__sync_fetch_and_add反汇编出来的指令，

804889d: f0 83 05 50 a0 04 08 lock addl $0x1,0x804a050

我们看到了，addl前面有个lock，这行汇编指令码前面是f0开头，f0叫做指令前缀，Richard Blum

老爷子将指令前缀分成了四类，有兴趣的同学可以看下。其实我也没看懂，intel的指令集太厚了，没空看。总之老爷子解释了，lock前缀的意思是对内存区域的排他性访问。

? Lock and repeat prefixes

? Segment override and branch hint prefixes

? Operand size override prefix

? Address size override prefix

前文提到，lock是锁FSB，前端串行总线，front serial bus,这个FSB是处理器和RAM之间的总线，锁住了它，就能阻止其他处理器或者core从RAM获取数据。当然这种操作是比较费的，只能操作小的内存可以这样做，想想我们有memcpy ，如果操作一大片内存，锁内存，那么代价就太昂贵了。所以前文提到的_sync_fetch_add_add家族，type只能是int long ，long long（及对应unsigned类型）。

 

性能上__sync_fetch_and_add，完爆线程锁。

从测试结果上看， __sync_fetch_and_add，速度是线程锁的6～7倍。