原子等待操作是如何工作的？

Question

启动C 20时，原子的操作有等待操作和通知操作。但我不知道它们到底是怎么工作的。cppreference说：

执行原子等待操作。表现为它重复执行以下步骤：

• 比较此的值表示形式-

这些函数保证仅在值发生更改时返回，即使底层实现错误地解除了阻塞。

我不太明白这两个部分是如何相互关联的。这是否意味着如果值没有更改，那么即使我使用了notify\u one（）/notify\u all（）方法，函数也不会返回？这意味着该操作在某种程度上等于以下伪代码？

while (*this == val) {
    // block thread
}

Answer 1

是的，就是这样。notify_one/all只是为等待线程提供一个检查值是否更改的机会。如果它保持不变，例如，因为不同的线程将值设置回其原始值，则线程将保持阻塞状态。

注意：这段代码的一个有效实现是使用互斥锁和condition_variables的全局数组。原子变量然后通过散列函数通过指针映射到这些对象。这就是为什么你会得到虚假唤醒。一些原子共享相同的condition_variable。

类似这样：

std::mutex atomic_mutexes[64];
std::condition_variable atomic_conds[64];

template<class T>
std::size_t index_for_atomic(std::atomic<T>* ptr) noexcept
{ return reinterpret_cast<std::size_t>(ptr) / sizeof(T) % 64; }

void atomic<T>::wait(T value, std::memory_order order)
{
    if(this->load(order) != value)
        return;
    std::size_t index = index_for_atomic(this);
    std::unique_lock<std::mutex> lock(atomic_mutexes[index]);
    while(this->load(std::memory_order_relaxed) == value)
        atomic_conds[index].wait(lock);
}
template<class T>
void std::atomic_notify_one(std::atomic<T>* ptr)
{
    const std::size_t index = index_for_atomic(ptr);
    /*
     * normally we don't need to hold the mutex to notify
     * but in this case we updated the value without holding
     * the lock. Therefore without the mutex there would be
     * a race condition in wait() between the while-loop condition
     * and the loop body
     */
    std::lock_guard<std::mutex> lock(atomic_mutexes[index]);
    /*
     * needs to notify_all because we could have multiple waiters
     * in multiple atomics due to aliasing
     */
    atomic_conds[index].notify_all();
}

真正的实现可能会使用OS原语，例如Windows上的WaitForAddress或Linux上的futex（至少对于int大小的类型）。