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前置知识
内存屏障-Memory Barrier
内存屏障（Memory Barrier）是什么？
内存屏障是一种CPU指令，用于控制内存操作的顺序。它能保证在多线程或多核环境中，某些内存读写操作按照预期的顺序执行，以防止编译器或 CPU 重排序 导致的数据不一致问题。
为什么需要内存屏障？
- 编译器优化： 编译器可能会为了提高性能，重新排序代码中的读写操作顺序。
- CPU 重排序： 现代 CPU 为了提高指令流水线的效率，也会对指令进行重排序执行。
- 多核缓存一致性： 在多核 CPU 中，每个核心有自己的缓存，如果不加以控制，不同核心之间对共享内存的访问可能出现不一致的情况。
例如，在下面这段代码中：
// 线程 1：
x = 1;
flag = 1;
// 线程 2：
if (flag == 1) {
print(x);
}
可能出现的重排序：
- 编译器可能会把
x = 1;和flag = 1;顺序对调。 - CPU 可能先把
flag = 1;写入内存，再把x = 1;写入。 - 这会导致线程 2 中
flag为 1，但x还是初始值，出现未定义行为。
内存屏障的作用：
内存屏障通过禁止重排序，确保某些指令之前的内存操作完成后，才能执行后续的指令。
- 写内存屏障（Store Memory Barrier，
StoreStore）： 确保屏障之前的所有写操作在内存中完成后，才能进行屏障之后的写操作。 - 读内存屏障（Load Memory Barrier，
LoadLoad）： 确保屏障之前的所有读操作完成后，才能进行屏障之后的读操作。 - 全内存屏障（Full Memory Barrier，
FullFence）： 既保证读操作也保证写操作的顺序。
在 C++ 中的实现：
C++11 提供了 std::atomic_thread_fence 来显式地插入内存屏障，例如：
#include <atomic>
int x = 0;
int flag = 0;
void thread1() {
x = 1;
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release); // 写内存屏障
flag = 1;
}
void thread2() {
if (flag == 1) {
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire); // 读内存屏障
// 确保读取 flag == 1 时，x 一定已被写入 1
std::cout << x << std::endl;
}
}
std::memory_order_release确保x = 1在flag = 1之前完成。std::memory_order_acquire确保flag = 1被读取后，再读取x时一定是最新值。
在 x86 架构上的特点：
- x86 CPU 上，写操作不会重排序，读操作可能重排序。
- 因此，x86 上的写内存屏障通常会被优化为无操作（No-Op）。
- 读内存屏障 会被编译成
LFENCE指令，确保读操作顺序。 - 全内存屏障 则被编译成
MFENCE指令，强制读写顺序。
总结：
- 内存屏障 是一种CPU指令，用于防止重排序，保证多线程环境下的内存可见性和一致性。
- 在 C++ 中，
std::atomic_thread_fence可以显式插入内存屏障。 - 在 x86 架构上，写内存屏障通常是No-Op，读内存屏障为
LFENCE，全内存屏障为MFENCE。
获取队列元素个数
在README里的这段示例代码当中：
BlockingReaderWriterQueue<int> q;
std::thread reader([&]() {
int item;
#if 1
for (int i = 0; i != 100; ++i) {
// Fully-blocking:
q.wait_dequeue(item);
}
#else
for (int i = 0; i != 100; ) {
// Blocking with timeout
if (q.wait_dequeue_timed(item, std::chrono::milliseconds(5)))
++i;
}
#endif
});
std::thread writer([&]() {
for (int i = 0; i != 100; ++i) {
q.enqueue(i);
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
}
});
writer.join();
reader.join();
assert(q.size_approx() == 0);
这里的approx指的是approximate，解释如下：
approx 是 approximate 的缩写，意思是近似的。
在这行代码中：
assert(q.size_approx() == 0);
size_approx() 的意思是 “近似大小”。
- 它返回的是队列中元素的近似数量，而不是精确值。
- 这是因为无锁队列通常在高并发场景下使用，为了保证性能，不会加锁精确计算大小，而是给出一个大致的估计值。
- 例如，在某些线程正在
enqueue()或dequeue()时，size_approx()可能返回一个略微偏大的或偏小的值。
这有助于提高性能，但可能不完全准确。
如果需要精确值，则需要额外的同步机制，但会影响性能。
