不同硬件原子操作（如__sync_fetch_and_add与__sync_lock_test_and_set）是否互斥？

好问题！这其实触及了硬件原子操作的核心特性——所有针对同一内存地址的原子操作，无论具体类型是CAS、FAA（Fetch-And-Add）还是Test-And-Set，都会被硬件层面保证互斥访问。下面结合你的代码和问题详细解释：

核心结论 #

针对同一共享变量的不同原子操作（比如你代码里的__sync_lock_test_and_set和__sync_fetch_and_add），是完全互斥的。当一个线程执行getAndSet()，另一个线程执行getAndAdd()时，硬件会确保这两个操作不会同时对value_进行修改，不会出现竞态条件导致的中间状态泄漏。

背后的原理 #

原子操作的本质是把“读-改-写”（或类似的复合操作）变成一个不可分割的硬件指令。为了实现这一点，CPU会通过两种机制保证同一内存地址的原子操作串行化：

• 总线锁：当执行原子操作时，CPU会锁定系统总线，阻止其他CPU访问该内存地址，直到当前原子操作完成。
• 缓存锁：如果目标内存地址已经被缓存在CPU的L1/L2缓存中，CPU会利用缓存一致性协议（如MESI）锁定缓存行，避免其他CPU对该缓存行的修改，从而更高效地实现原子性。

不管是哪种原子操作（CAS、FAA、Test-And-Set），只要它们操作的是同一个内存地址，硬件就会自动触发上述机制，保证这些操作互斥执行。

结合你的代码例子分析 #

看你实现的AtomicIntegerT类：

template<typename T> 
class AtomicIntegerT
{
    public:
        AtomicIntegerT()
            : value_(0) 
        {
        }
    
        T get() {
            return __sync_val_compare_and_swap(&value_, 0, 0);
        }   

        T getAndAdd(T x) {
            return __sync_fetch_and_add(&value_, x);
        }

        T addAndGet(T x) {
            return getAndAdd(x) + x;
        }

        T getAndSet(T newValue) {
            return __sync_lock_test_and_set(&value_, newValue);
        }

    private:
        volatile T value_; 
};

这里的几个方法：

• get()用CAS（__sync_val_compare_and_swap）实现原子读取（因为CAS的“比较-交换”操作如果新旧值相同，本质就是原子读）
• getAndAdd()用FAA（__sync_fetch_and_add）实现原子加法
• getAndSet()用Test-And-Set（__sync_lock_test_and_set）实现原子赋值

当多个线程同时调用这些方法时，硬件会保证所有针对value_的原子操作都串行执行，不会出现两个操作同时修改value_的情况。比如线程A执行getAndSet(5)的同时，线程B执行getAndAdd(3)，最终value_的结果要么是8（A先执行，B在5的基础上加3），要么是5（B先执行后，A直接覆盖为5）——但不管顺序如何，两个操作都是完整执行的，不会出现中间的错误值。

补充：volatile的作用 #

你代码里的value_用了volatile修饰，这里要注意：volatile本身不提供原子性，它的作用是告诉编译器不要对该变量的读写进行优化，确保每次读写都直接访问内存（而不是寄存器缓存）。真正的原子性是由__sync_*系列函数对应的硬件原子指令保证的，volatile只是配合原子操作，避免编译器优化破坏原子操作的正确性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者cserbo