Ngày 48 — Atomic operations và compare-and-swap

1. Vấn đề nó giải quyết

Atomic object thực hiện thao tác không thể bị chia nhỏ; compare-and-swap chỉ đổi giá trị khi nó vẫn bằng snapshot mong đợi. Nó làm ràng buộc quan trọng hiện rõ thay vì bắt người đọc đoán. Bài chỉ giữ phần cốt lõi C++11 vừa đủ cho một ngày tập trung.

2. Kiến thức cần có

Kiến thức Ngày 47, cùng biến, hàm và cách đọc output đã học trước đó.

3. Ý tưởng cốt lõi

Mental model: Atomic object thực hiện thao tác không thể bị chia nhỏ; compare-and-swap chỉ đổi giá trị khi nó vẫn bằng snapshot mong đợi. Hãy xác định giá trị hoặc trạng thái liên quan, ai sở hữu nó và quy tắc tác động lúc compile hay lúc chạy.

4. Cú pháp tối thiểu

value.compare_exchange_strong(expected, desired);

5. Cách nó hoạt động

Ví dụ tạo dữ liệu nhỏ, cố định và không cần nhập bàn phím.
C++11 hoặc contract thư viện chuẩn áp dụng quy tắc hôm nay.
Chương trình in kết quả quan trọng để đối chiếu với mã nguồn.

6. Lỗi thường gặp

Khi CAS thất bại, expected bị ghi bằng giá trị hiện tại; vòng lặp retry bỏ qua quy tắc này sẽ dùng giả định cũ.

7. Khi nào nên dùng

Nên dùng khi trạng thái dùng chung đơn giản cần cập nhật nguyên tử không dùng lock.
Tránh dùng khi nó che ownership, lifetime, kiểu, thứ tự hoặc chi phí.

8. Ví dụ đơn giản

Strong CAS đổi 5 thành 9, sau đó fetch_add trả giá trị cũ đồng thời tăng giá trị đang lưu. File .cpp dùng dữ liệu cố định và không thêm abstraction ngoài chủ đề.

Mã mẫu hoàn chỉnh

Tệp mã nguồn

cpp11/48_atomic_compare_and_swap/main.cpp

C++

#include <atomic>
#include <iostream>

int main() {
    std::atomic<int> value(5);

    int expected = 5;
    const bool changed = value.compare_exchange_strong(expected, 9);
    const int before_add = value.fetch_add(3);

    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << "changed=" << changed << '\n';
    std::cout << "before_add=" << before_add << '\n';
    std::cout << "after_add=" << value.load() << '\n';
}

9. Điều cần nhớ

Tính năng nằm trong phạm vi C++11 của lộ trình này.
Hiểu hệ quả về lifetime, ownership, kiểu và thứ tự trước khi dùng.
Compile với cảnh báo và ưu tiên cách viết nhỏ nhất làm quy tắc hiện rõ.

10. Câu hỏi tự kiểm tra

Dễ — value.compare_exchange_strong(expected, desired) trên std::atomic<int> chỉ cập nhật value khi nào? Khi phép so sánh thất bại, expected thay đổi ra sao?
Trung bình — Đọc ví dụ nhỏ ở trên. Chương trình sẽ in giá trị hoặc trạng thái nào, và quy tắc nào tạo ra kết quả đó?
Khó — Tìm và giải thích lỗi tinh tế trong tình huống sau: Khi CAS thất bại, expected bị ghi bằng giá trị hiện tại; vòng lặp retry bỏ qua quy tắc này sẽ dùng giả định cũ. Cách sửa nhỏ nhất nhưng an toàn trong C++11 là gì?

Luyện thẻ của bài này

1. Vấn đề nó giải quyết

3. Ý tưởng cốt lõi

#include <atomic> #include <iostream> int main() { std::atomic<int> value(5); int expected = 5; const bool changed = value.compare_exchange_strong(expected, 9); const int before_add = value.fetch_add(3); std::cout << std::boolalpha; std::cout << "changed=" << changed << '\n'; std::cout << "before_add=" << before_add << '\n'; std::cout << "after_add=" << value.load() << '\n'; }

10. Câu hỏi tự kiểm tra

Dễ — value.compare_exchange_strong(expected, desired) trên std::atomic<int> chỉ cập nhật value khi nào? Khi phép so sánh thất bại, expected thay đổi ra sao?
Trung bình — Đọc ví dụ nhỏ ở trên. Chương trình sẽ in giá trị hoặc trạng thái nào, và quy tắc nào tạo ra kết quả đó?
Khó — Tìm và giải thích lỗi tinh tế trong tình huống sau: Khi CAS thất bại, expected bị ghi bằng giá trị hiện tại; vòng lặp retry bỏ qua quy tắc này sẽ dùng giả định cũ. Cách sửa nhỏ nhất nhưng an toàn trong C++11 là gì?