__sync_fetch_and_add函数

（一）背景

实现多线程环境下的计数器操作，统计相关事件的次数. 当然我们知道，count++这种操作不是原子的。一个自加操作，本质是分成三步的：

1 从缓存取到寄存器
2 在寄存器加1
3 存入缓存。

由于时序的因素，多个线程操作同一个全局变量，会出现问题。这也是并发编程的难点。在目前多核条件下，这种困境会越来越彰显出来。 最简单的处理办法就是加锁保护，这也是我最初的解决方案。看下面的代码:

pthread_mutex_t count_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
    pthread_mutex_lock(&count_lock);
    global_int++;
    pthread_mutex_unlock(&count_lock);

后来在网上查找资料，找到了__sync_fetch_and_add系列的命令，发现这个系列命令讲的最好的一篇文章，英文好的同学可以直接去看原文。Multithreaded simple data type access and atomic variables

（二）系列函数

__sync_fetch_and_add系列一共有十二个函数，有加/减/与/或/异或/等函数的原子性操作函数,__sync_fetch_and_add,顾名思义，先fetch，然后自加，返回的是自加以前的值。以count = 4为例，调用__sync_fetch_and_add(&count,1)之后，返回值是4，然后，count变成了5.

简单验证代码如下sync_fetch_add.c:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char **argv){
    int count = 4;
    printf("111 count:%d\n",count);
    int retval = __sync_fetch_and_add(&count,10);

    printf("222 retval:%d\n",retval);
    printf("222 count:%d\n",count);

    return 0;
}

linux 系统中命令行执行：gdb -g -o sync_fetch_add sync_fetch_add.c

得到可执行文件，执行后得到如下结果：

./sync_fetch_add 
111 count:4
222 retval:4
222 count:14

有__sync_fetch_and_add,自然也就有__sync_add_and_fetch，呵呵这个的意思就很清楚了，先自加，在返回。他们的关系与i++和++i的关系是一样的。有了这个函数，对于多线程对全局变量进行自加，我们就再也不用理线程锁了。下面这行代码，和上面被pthread_mutex保护的那行代码作用是一样的，而且也是线程安全的。

在用gcc编译的时候要加上选项 -march=i686，我在执行上面代码时，gcc没加该参数，使用到的版本gcc version 4.4.7 20120313 , 上面代码能正常运行通过。

下面是这群函数的全部，无非是先fetch再运算，或者先运算再fetch。

type __sync_fetch_and_add (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_sub (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_or (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_and (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_xor (type *ptr, type value);
type __sync_fetch_and_nand (type *ptr, type value);
type __sync_add_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_sub_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_or_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_and_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_xor_and_fetch (type *ptr, type value);
type __sync_nand_and_fetch (type *ptr, type value);

GCC 提供的原子操作 gcc从4.1.2提供了__sync_*系列的built-in函数，用于提供加减和逻辑运算的原子操作。

其声明如下：

type __sync_fetch_and_add (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_sub (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_or (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_and (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_xor (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_fetch_and_nand (type  * ptr, type value, ...)


type __sync_add_and_fetch (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_sub_and_fetch (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_or_and_fetch (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_and_and_fetch (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_xor_and_fetch (type  * ptr, type value, ...)
type __sync_nand_and_fetch (type  * ptr, type value, ...)

这两组函数的区别在于第一组返回更新前的值，第二组返回更新后的值。