Windows Programming/Interlocked變量訪問

Interlocked變量訪問是Windows API提供的一種對DWORD或指針類型的變量原子訪問機制。^[1]

對於32位地址對齊的變量，在32位CPU上的讀寫操作是原子的，即變量不會只被修改一部分。但訪問不能保證同步。如果兩個線程同時讀寫一個變量，不能保證是否有一個線程讀操作在另一個線程的寫操作之前。如果是加一操作，兩個線程的執行結果可能是該變量只被加了1而不是被加了2。上述情況對64位CPU上的64位對齊變量也適用。64位系統的對應API函數，使用「64」後綴。

底層實現

x86平台使用LOCK prefix指令。ia64與x64直接支持load-modify-store操作。

其它平台使用Load-link/store-conditional，先通過load-link讀值，執行期望的計算，在試圖通過store-conditional保存值。如果store-conditional失敗，重啟這些操作。實際上CPU會監視整條cache line。硬件中斷會導致store-conditional失敗。^[2]

函數列表

原子加減1操作

InterlockedIncrement與InterlockedDecrement

提供了加1或者減1原子操作。執行原子加1操作，參數Addend的值會被加1，返回值為原始操作加1後的當前值。

比較並交換操作（Compare and Swap, CAS）

InterlockedCompareExchange, InterlockedCompare64Exchange128與InterlockedCompareExchangePointer函數讀出其原值，原值與比較值如果相等則賦予新值的原子操作。

InterlockedCompareExchange()帶有全局的內存柵障，不帶全局內存柵障的對應操作為InterlockedCompareExchangeAcquire()與InterlockedCompareExchangeRelease()

原子寫操作

InterlockedExchange與InterlockedExchangePointer函數提供了對long與指針變量讀出其原值，賦予新值的原子操作。InterlockedExchangeAdd與InterlockedExchangeSubtract函數提供了對long型變量讀出其原值，加上/減少一個增量值的原子操作。

原子加法、或運算、異或運算

InterlockedAnd, InterlockedOr與InterlockedXor提供了與、或、異或的原子操作

InterlockedAdd返回了變量被原子增加一個值的結果。

原子比特位測試設置

InterlockedBitTestAndSet，InterlockedBitTestAndReset與InterlockedBitTestAndComplement函數提供讀出變量指定比特位的原值，並置位/復位/翻轉該比特位的值的原子操作。

參考文獻

[1] Raymond Chen: Interlocked operations don’t solve everything in 「old newthing」

[2] Raymond Chen: How does InterlockedIncrement work internally? in 「old newthing」

[1]

[2]