什么是原子性,什么是原子性操作?

本文通过转账的例子解释了数据库事务处理的基本概念及其原子性特点。介绍了如何确保交易的完整性和一致性,即使在出现故障的情况下也能正确恢复。

举个例子:

A想要从自己的帐户中转1000块钱到B的帐户里。那个从A开始转帐,到转帐结束的这一个过程,称之为一个事务。在这个事务里,要做如下操作:

  •  1. 从A的帐户中减去1000块钱。如果A的帐户原来有3000块钱,现在就变成2000块钱了。
  •  2. 在B的帐户里加1000块钱。如果B的帐户如果原来有2000块钱,现在则变成3000块钱了。

如果在A的帐户已经减去了1000块钱的时候,忽然发生了意外,比如停电什么的,导致转帐事务意外终止了,而此时B的帐户里还没有增加1000块钱。那么,我们称这个操作失败了,要进行回滚。回滚就是回到事务开始之前的状态,也就是回到A的帐户还没减1000块的状态,B的帐户的原来的状态。此时A的帐户仍然有3000块,B的帐户仍然有2000块。

我们把这种要么一起成功(A帐户成功减少1000,同时B帐户成功增加1000),要么一起失败(A帐户回到原来状态,B帐户也回到原来状态)的操作叫原子性操作。

如果把一个事务可看作是一个程序,它要么完整的被执行,要么完全不执行。这种特性就叫原子性。

 

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### 原子操作的定义 原子操作指的是不可分割的操作,即该操作在执行过程中不会被中断或干扰。这意味着在一个多线程环境中,即使有多个线程同时访问共享资源,只要对该资源的操作原子性的,就不会出现数据不一致或其他意外行为[^1]。 --- ### 原子操作的实现原理 #### 1. **硬件支持** 现代处理器提供了特定的指令集来支持原子操作,例如比较并交换(Compare-and-Swap, CAS)、加载链接/条件存储(Load-Linked/Store-Conditional, LL/SC)等。这些指令能够在单条指令中完成复杂的操作,从而避免了中间状态被其他线程打断的可能性。通过利用底层硬件的支持,可以高效地实现原子性[^1]。 #### 2. **互斥机制** 除了依赖硬件外,还可以借助软件层面的互斥技术来模拟原子操作。常见的方法包括使用信号量、自旋锁或者临界区等方式保护共享资源。然而这种方式可能会引入额外的上下文切换开销,因此仅适用于无法直接依靠硬件保障的情况[^1]。 #### 3. **高级语言抽象** 像 C++ 这样的高级编程语言封装了低级别的细节,向开发者暴露简单易用接口的同时也保证了跨平台兼容性和可移植性。例如 `std::atomic` 类模板就是专门设计用来简化程序员编写安全高效的并发代码难度的一个工具。 下面是一个简单的例子展示如何使用 C++ 的标准库来进行原子计数器增减: ```cpp #include <iostream> #include <thread> #include <atomic> std::atomic<int> counter(0); void incrementCounter() { for (int i = 0; i < 1000; ++i) { counter.fetch_add(1); // 使用 atomic 提供的安全方式增加数值 } } int main() { std::thread t1(incrementCounter); std::thread t2(incrementCounter); t1.join(); t2.join(); std::cout << "Final Counter Value: " << counter.load() << std::endl; } ``` 在这个程序里,两个独立运行的工作线程都会尝试去更新全局变量 `counter` ,但由于采用了 `fetch_add()` 方法实现了真正的同步控制,所以最终打印出来的结果一定是预期中的两倍初始值加上循环次数乘积的结果。 ---
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