问为什么互斥锁(std:: mutex )很重？

EN

Mutexes被认为是“繁重的”，因为它们通常被认为会导致syscall，即到内核的往返。由于特权和非特权代码之间的上下文切换，对内核的访问占用了1,000+ CPU周期的顺序。

如今，在许多OSes中，互斥锁都经过了优化，直到发生争用时才进入内核。例如，在Linux中，它是在Windows - SRW锁中使用futex (“快速用户空间互斥锁”)实现的。然而，一旦出现争用，就会有一次内核之旅。一旦线程需要等待，它将被操作系统“休眠”，并且在锁被释放的时刻和线程被调度再次执行的时间之间将有一个显著的延迟。

如果您需要同步，有时在一个简单的atomic上执行循环就足够了。如果争用很少且很短，那么您可以使用“自旋锁”来实现更好的性能，即循环直到满足特定条件。即使你循环10000次，它也比一次syscall更快。

然而，在实践中，互斥锁将在性能和便利性之间提供足够的平衡。所以我不会担心它，除非你在计算纳秒(就像在HFT或实时应用程序中)。

std::mutex被设计成一个围绕操作系统的本机互斥锁设施的轻量级便携包装器。如果您的目标是调用这些工具，那么与直接调用操作系统原生应用程序接口相比，mutex引入的开销可以忽略不计。

但是，根据您的用例，使用OS工具可能不是最佳解决方案。例如，为了保护数据不被并发访问，您还可以使用诸如std::atomic之类的低级原语编写自己的锁。然而，这将是一种不同的锁定算法。特别是，如果不能立即获得互斥锁，std::mutex将使等待线程休眠，这是在不与操作系统交谈的情况下无法做到的事情。但在某些情况下，这样一个更简单的锁定算法就足以完成工作。这里的一个常见示例是锁争用预计仅在极少数情况下发生。

话虽如此，这样的想法会让你深入到专家级并发编程中。除非您有需要担心微优化的特定问题，如滚动您自己的锁定，否则std::mutex是可行的方法，它的开销很好地限制了它所做的事情。

所有类型的同步都是“重”的，并且基于锁的同步比原子的重。

https://github.com/markwaterman/MutexShootout

这个人在不同的互斥实现之间做了一个比较。原始的windows SWR锁是最快的选择，但他们比较的最新的std mutex是MSVC 2017锁。

我相信std::shared_mutex是一把隐藏在引擎盖下的windows SRW锁。

你需要每一个最小的性能百分比吗？然后，您应该分析并交换互斥锁。如果不是，std::mutex距离最佳选项的百分比不到10s，并且可能会继续迭代和支持。

原子整数操作通常比互斥锁更便宜，但规则更复杂。此外，原子操作会导致代码中的非本地减速，因为它会导致缓存线被清除，以避免其他人具有错误的值。

根据我的经验，在您遇到极端情况之前，您可以通过更改算法来获得远远超过10%的性能更改。当你真的，真的需要性能时，你可能会尽可能多地去掉互斥锁；即使是最快的互斥锁也不足以满足真正高性能的情况。

优化是可替换的；当您发现瓶颈时，您可以花费开发精力使代码变得更快。不要编写过早悲观的代码；但是使用std互斥锁造成的10%的命中率通常不足以解决这个问题。