无锁数据结构设计 之 通过atomic实现自旋锁

这是mhy12345的无锁数据结构教程的第二篇，通过atomic<bool>实现自旋锁。对，你没有听错，用无锁数据结构实现一个锁 >_<

自旋锁，顾名思义，通过自旋来实现线程加锁的工具。一个最简单的demo如下

bool flag = false;
 
void func()
{
    while (!flag);
    flag = true;
    //TODO1
    flag = false;
    //TODO2
}

看起来这是一个很机智的做法。程序进入时将一个共享bool变量赋值为true，而在另一个程序准备进入时，检查到该bool变量已经为true了，就放弃进入，开始用while语句自旋。

不过对于一个多线程程序，其他线程可以在任意位置接入，比如这个程序的第4行和第5行不是一个原子操作，倘若这个时候恰好另一个线程获得了控制权，读取到flag值为false，继续执行，但是在释放flag之前控制权有转会了第一个线程，由于第一个线程已经执行了取值操作，也默认flag为false，继续执行，导致受保护数据被重复访问。产生问题。

这时候，一个非常自然的想法就是：我们能不能把对flag的操作换成原子数据类型操作呢？答案是肯定的！

std::atomic<bool> flag = ATOMIC_VAR_INIT(false);

void func()
{
    bool expected = false;
    while(!flag.compare_exchange_weak(expected, true, std::memory_order_acquire))
        expected = false;
    //TODO1
    flag.store(false, std::memory_order_release);
}

当程序执行到第六行时，准备进入临界区//TODO ，首先判断flag是否为false，如果不是，说明已经有一个程序在临界区中间了。否则将flag赋值为true，自己进入临界区。

一点细节是，如果进入临界区失败，则true值会被赋予expected，这是我们需要在while语句中恢复expected的值。

memory_order是什么呢？请看：无锁数据结构设计 之 详解C++内存顺序（Memory Order）

参考资料：

https://blog.poxiao.me/p/spinlock-implementation-in-cpp11/

http://blog.csdn.net/yockie/article/details/8838661