int a=1 是原子操作吗？

骑猪看日落 2022-03-17 15:30 174阅读 0赞

## 【原子操作定义】 ##

所谓原子操作是指不会被[线程调度][Link 1]机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何 context switch （切换到另一个线程）。也可以这样理解：如果这个操作所处的层(layer)的更高层不能发现其内部实现与结构，那么这个操作是一个原子(atomic)操作。原子操作可以是一个步骤，也可以是多个操作步骤，但是其顺序不可以被打乱，也不可以被切割而只执行其中的一部分。将整个操作视作一个整体是原子性的核心特征。

## 示例一： ##

给整型变量赋值一个确定的值，如：

int a = 1;

这种指令操作一般是原子的。因为对应着一条计算机指令，cpu将立即数1搬运到变量a的内存地址中即可：

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	//example 1:
    	int a = 1;
    	//a=1 汇编指令
    	_asm
    	{
    		mov dword ptr[a], 1
    	}
    	printf("%d\n", a);
    
    	return 0;
    }

然而这却是最不常见的情形，由于现代编译器一般有优化策略，如果变量a的值在编译期间就可以计算出来（例如这里的例子中a的值就是1），那么a这个变量本身在正式版本（release版）的软件中就很有可能被编译器优化掉，使用a的地方，直接使用常量1来代替。所以实际的执行指令中，这样的指令存在的可能性比较低。

## 示例二： ##

变量自身增加或者减去一个值，如：

a++;

从C/C++语法的级别来看，这是一条语句，是原子的。但是从实际执行的二进制指令来看，也不是原子的，其一般对应三条指令，首先将变量a对应的内存值搬运到某个寄存器（如eax）中，然后将该寄存器中的值自增1，再将该寄存器中的值搬运回a的内存中：

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	//example 2:
    	int a = 0;
    	//a++ 汇编指令
    	_asm
    	{
    		mov eax, dword ptr[a]	//step 1
    		inc eax			//step 2
    		mov dword ptr[a], eax	//step 3
    	}
    	printf("%d\n", a);
    
    	return 0;
    }

现在假设a的值是0，有两个线程，每个线程对变量a的值递增1，我们预想的结果应该是2，可实际运行的结果可能是1！分析如下：

//线程1
    void thread_func1(){
    	a++;
    }
    
    //线程2
    void thread_func2(){
    	a++;
    }

我们预想的结果是线程1和线程2的三条指令各自执行，最终a的值为2。但是由于操作系统线程调度的不确定性，线程1执行完指令step1、2后，eax寄存器中的值为1。此时操作系统切换到线程2执行，执行指令step1、2、3，此时eax的值变为1；接着操作系统切回线程1继续执行，执行指令step3，得到a的最终结果1。

## 其他示例： ##

把一个变量的值赋值给另外一个变量，或者把一个表达式的值赋值给另外一个变量，如

int a = b;

从C/C++语法的级别来看，这是也是一条语句，是原子的；但是从实际执行的二进制指令来看，由于现代计算机CPU架构体系的限制，数据不可以直接从内存搬运到另外一块内存，必须借助寄存器中断，这条语句一般对应两条计算机指令，即将变量**b**的值搬运到某个寄存器（如**eax**）中，再从该寄存器搬运到变量**a**的内存地址：

mov eax, dword ptr [b]  
    mov dword ptr [a], eax

既然是两条指令，那么多个线程在执行这两条指令时，某个线程可能会在第一条指令执行完毕后被剥夺CPU时间片，切换到另外一个线程而产生不确定的情况。

所以，综上所述，我们在多线程环境中，对变量进行赋值时，也是需要对“资源”进行保护的！

[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E8%B0%83%E5%BA%A6/10226112