atomic

std::atomic 是 C++11 引入的原子操作模板，保证对单个变量的读写和修改操作在多线程环境下是原子的，不会出现数据竞争。它比 mutex 更轻量，适合保护单个标志位、计数器等简单共享变量。

头文件与基本特征

#include <atomic>

特征	说明
角色	对单个变量提供原子访问
锁开销	通常无锁（lock-free），由硬件原子指令实现
适用场景	标志位、引用计数、自旋锁等简单同步
不适用	保护多个变量的一致性（用 mutex）

基本用法

#include <atomic>
#include <iostream>
#include <thread>

std::atomic<int> counter(0);

void work() {
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        ++counter;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(work);
    std::thread t2(work);
    t1.join();
    t2.join();
    std::cout << counter.load() << '\n';  // 200000
    return 0;
}

++counter 是原子的，无需加锁，两个线程不会产生数据竞争。

常用操作

操作	作用
load()	读取当前值
store(x)	写入值
exchange(x)	写入新值并返回旧值
compare_exchange_weak(expected, desired)	CAS，值匹配时替换
compare_exchange_strong(expected, desired)	CAS 的强一致版本
fetch_add(n) / fetch_sub(n)	原子加减，返回旧值
operator++ / operator--	原子自增/自减
operator+= / operator-=	原子复合赋值

常用场景

标志位

std::atomic<bool> ready(false);

// 线程 A：
ready.store(true);

// 线程 B：
while (!ready.load()) {
    // 等待
}

自旋锁

std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;

void critical() {
    while (lock.test_and_set()) {
        // 自旋等待
    }
    // 临界区
    lock.clear();
}

atomic vs mutex

场景	推荐
单个计数器/标志位	atomic
保护多个变量的一致性	mutex
临界区包含多行逻辑	mutex
需要和条件变量配合	mutex

使用注意

1. atomic 只保护单个原子操作，两个连续的原子操作之间仍可能被切换。
2. 不是所有类型都无锁，用 is_lock_free() 可以检查。
3. compare_exchange_weak 可能伪失败，需要在循环中使用。
4. 复杂数据结构不能用 atomic 保护，必须用 mutex。

小结

std::atomic 是最轻量的并发同步方式，适合标志位、计数器和简单自旋等待。它比 mutex 更快但功能更窄，二者配合 condition_variable 构成了 C++11 并发编程的三大基石。