Atomare Datentypen

Singletons lassen sich in vielen Variationen in C++11 threadsicher initialisieren. Dabei können vereinfachend gesprochen Zusicherung der C++-Laufzeit, Locks oder auch atomare Operationen verwendet werden. Mich interessiert vor allem in diesem Artikel die Antwort auf die Frage: Welche Performanzunterschiede bestehen zwischen den Variationen?

Mit der Acquire-Release-Semantik verlassen wir das Default-Speichermodell in C++. In der Acquire-Release-Semantik findet die Synchronisation nicht zwischen Threads, sondern zwischen atomaren Operationen auf der gleichen atomaren Variable statt.

Atomare Datentypen erlauben das Programm feingranular zu steuern und damit auch zu optimieren. Damit betreten wir aber die Domäne der Multithreading-Experten.

Mit der Relaxed-Semantik sind wir am Ende der Skala angelangt. Die Relaxed-Semantik ist das schwächste C++-Speichermodell und sichert nur zu, dass die Operationen auf atomaren Variablen atomar sind.

Mit der Acquire-Release-Semantik wird das C++-Speichermodell richtig spannend. Denn nun gilt es nicht mehr, die Synchronisation von Threads zu betrachten, sondern die Synchronisation auf der gleichen atomaren Variable in verschiedenen Threads.

In dem Artikel sequenzielle Konsistenz habe ich bereits das Defaul-Speichermodell vorgestellt. Dieses Modell, in dem die Aktionen aller Threads einer globalen Reihenfolge oder auch eines globalen Zeittaks folgen, besitzt einen großen Vorteil und einen großen Nachteil.

Mit diesem Artikel geht unsere Tour in das C++-Speichermodell ein Stückchen tiefer. Haben sich die bisherigen Artikel mit der Atomizität der atomaren Variablen beschäftigt, so geht es nun um die Synchronisations- und Ordnungsbedingungen von Operationen.

Neben Wahrheitswerten lassen sich atomare Datetypen zu Zeigern, integralen Typen und eigenen Datentypen erzeugen. Für eigene Datentypen gelten besondere Regeln.

Im Gegensatz zum dem std::atomic_flag sind alle weiteren atomaren Datentypen partielle oder vollständige Spezialisierungen des Klassen-Templates std::atomic. Den Anfang macht std::atomic<bool>.