C++中的yield相关知识点

目录

1. yield() 的作用

2. 使用场景

(1) 自旋锁（Spinlock）

(2) 无锁（Lock-Free）数据结构

(3) 避免忙等待

3. yield() vs sleep_for()

4. 注意事项

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  std::this_thread::yield() 是 C++ 标准库中的一个函数，用于 主动让出当前线程的 CPU 时间片，允许操作系统调度其他线程运行。它通常用于 减少忙等待（busy-waiting）的 CPU 占用，特别是在自旋锁（spinlock）或无锁（lock-free）编程中。

1. yield() 的作用

• 让出 CPU：当前线程暂时放弃 CPU，让其他线程有机会运行。

• 避免忙等待：在循环中等待某个条件时（如自旋锁），用 yield() 可以减少 CPU 资源的浪费。

• 不保证立即切换：yield() 只是一个提示（hint），具体是否切换线程由操作系统决定。

2. 使用场景

(1) 自旋锁（Spinlock）

在自旋锁中，如果锁被占用，线程通常会循环检查锁状态。如果直接 while 循环，会占用大量 CPU，而 yield() 可以让线程在等待时让出 CPU。

#include <atomic>
#include <thread>

std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;

void spinlock_acquire() {
    while (lock.test_and_set(std::memory_order_acquire)) {  // 尝试获取锁
        std::this_thread::yield();  // 获取失败，让出 CPU
    }
}

void spinlock_release() {
    lock.clear(std::memory_order_release);  // 释放锁
}

void worker() {
    spinlock_acquire();
    // 临界区（Critical Section）
    spinlock_release();
}

(2) 无锁（Lock-Free）数据结构

在 CAS（Compare-And-Swap）操作失败时，可以用 yield() 减少 CPU 竞争。

std::atomic<int> counter(0);

void increment() {
    int expected = counter.load();
    while (!counter.compare_exchange_weak(expected, expected + 1)) {
        std::this_thread::yield();  // CAS 失败，让出 CPU
    }
}

(3) 避免忙等待

如果线程需要等待某个条件（如任务队列非空），可以用 yield() 代替空循环。

std::atomic<bool> ready(false);

void consumer() {
    while (!ready.load()) {
        std::this_thread::yield();  // 等待 ready 变为 true
    }
    // 执行任务
}

3. yield() vs sleep_for()

方法	作用	适用场景
yield()	主动让出 CPU，但不保证休眠	自旋锁、无锁编程
sleep_for()	强制休眠一段时间	定时任务、固定延迟

// 用 yield() 优化自旋锁
while (lock.test_and_set()) {
    std::this_thread::yield();  // 让出 CPU，减少竞争
}

// 用 sleep_for() 控制固定延迟
while (lock.test_and_set()) {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1));  // 固定休眠 1ms
}

4. 注意事项

1. yield() 只是提示，不保证线程切换：

   • 操作系统可能忽略 yield()，特别是在单核 CPU 或高负载情况下。

2. 不要滥用 yield()：

   • 如果线程频繁 yield()，可能导致 上下文切换开销增加，反而降低性能。

3. 适合短时间等待：

   • 如果等待时间较长（如 I/O 操作），应该用 sleep_for 或 condition_variable。