人们实际上使用什么无锁原语在c ++中进行无锁音频处理？

问题描述

任何进行过一些低级音频编程的人都被警告要锁定音频线程。 Here's一篇关于该主题的好文章。

但是我仍然不清楚如何真正地使用c ++制作多线程音频处理应用程序，同时严格遵循此规则并确保线程安全。假设您正在构建像可视化器这样的简单对象。您需要将音频数据交给UI线程进行处理，并定期显示。

我的第一个尝试是在两个缓冲区之间进行乒乓球。 buffer * _write_state是一个布尔类型，假定为原子型且无锁。 buffer *是某种类型的缓冲区，它不希望自己自己具有线程安全性，并且可以通过某种方式处理一个线程以不足的速率被调用的情况（在这里我并不打算陷入那种麻烦）。对于通用的布尔类型，实现如下所示：

// Write thread.
if (buffer1_write_state) {
  buffer1.write(data);
  if (buffer2_write_state) {
    buffer1_write_state = false;
  }
} else {
  buffer2.write(data);
  if (buffer1_write_state) {
    buffer2_write_state = false;
  }
}

// Read thread.
if (buffer1_write_state) {
  data = buffer2.read();
  buffer2.clear();
  buffer2_write_state = true;
} else if (buffer2_write_state) {
  data = buffer1.read();
  buffer1.clear();
  buffer1_write_state = true;
}

我已经使用std::atomic_flag作为我的布尔类型实现了这一点，并且据我的线程清理器所知，它是线程安全的。标准保证std :: atomic_flag是无锁的。令我感到困惑的是，要做到这一点，我还需要std :: atomic_flag的test（）函数，该函数在c ++ 20之前是不存在的。可用的可变test_and_set（）和clear（）函数无法完成任务。标准不保证众所周知的替代方法std::atomic是无锁的。我听说大多数情况并非如此。

我读过一些线程，警告人们不要尝试自己尝试无锁结构，我很乐意遵守该技巧，但是如果没有基本工具，专家们将如何构建这些东西？保证没有锁吗？

解决方法

我听说大多数情况下不是。

您听错了。

std::atomic<bool> 在所有“常规” C ++实现中都是lock_free的，例如适用于ARM，x86，PowerPC等。如果atomic_flag的限制性API过多，请使用它。或std::atomic<int>，也普遍适用于具有无锁功能的目标上的lock_free。

（唯一合理的例外是8位计算机，无法加载/存储/ RMW一对字节。）

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请注意，如果您以ARM为目标，则应启用编译器选项，以使您知道您不关心ARM CPU太旧而无法支持原子操作。在这种情况下，编译器将不得不在运行于ARMv4之类的 case 中编写使用库函数调用的慢速代码。参见std::atomic<bool> lock-free inconsistency on ARM (raspberry pi 3)