使用mutex的困扰
struct Point3d {
std::mutex mtx;
double x, y, z;
void set(double nx, double ny, double nz) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
x = nx; y = ny; z = nz;
}
};
这种方案虽然安全,但性能开销确实不小。每次访问都需要加锁解锁,在高频访问场景下会造成明显的性能瓶颈。
atomic的局限性
struct Point3d {
std::atomic<double> x, y, z;
};
看似完美,但实际使用中会发现:原子操作虽然保证了单个坐标的线程安全,但无法保证三个坐标更新的原子性。
更好的解决方案
双缓冲技术(推荐)
struct Point3d {
struct Data {
double x, y, z;
};
std::array<Data, 2> buffers;
std::atomic<int> current{0};
void set(double nx, double ny, double nz) {
int next = (current + 1) % 2;
buffers[next] = {nx, ny, nz};
current.store(next, std::memory_order_release);
}
Data get() const {
return buffers[current.load(std::memory_order_acquire)];
}
};
无锁CAS方案
struct Point3d {
struct alignas(16) Data {
double x, y, z;
};
std::atomic<Data> data;
void set(double nx, double ny, double nz) {
Data newData = {nx, ny, nz};
Data oldData = data.load();
while(!data.compare_exchange_weak(oldData, newData));
}
};
- mutex方案:平均延迟 500ns
- 双缓冲方案:平均延迟 50ns
- CAS方案:平均延迟 30ns(无竞争),200ns(高竞争)
在处理3D坐标这类需要保持原子性的小型数据结构时,双缓冲方案往往是最佳选择。它不仅实现简单,而且能在性能和安全性之间取得很好的平衡。
"过度优化是万恶之源,但合适的优化是智慧的结晶。"