高频多线程下访问含两float的atomic struct与两个独立atomic float哪个效率更高

问题描述：此前在单线程中高频拉取传感器数据，部分测量场景采样间隔为1ms，也存在间隔2/5/10ms的场景，同时在同线程内完成界面展示（实时折线图/仪表盘）。为提升效率计划将逻辑拆分为两个线程，其中数据展示线程仅每20ms访问一次共享变量，请问对数据拉取线程而言，覆写两个独立的线程安全变量，和覆写一个包含这两个变量的struct/对象相比，哪种方案带来的延迟更低？

对高频运行的数据拉取线程而言，覆写两个独立的线程安全变量延迟更低，在1ms级采样场景下差异可观测。

核心原因拆解 #

• 线程安全写入的核心开销来自内存屏障/原子操作的执行成本：两个独立原子变量的写入只需要触发两次轻量的单字原子操作，而要保证struct/对象整体写入的线程安全，绝大多数实现都需要加mutex、读写锁等同步机制，锁的上下文切换、内核态调度开销远高于两次无锁原子写入的成本。
• 如果你尝试用无锁方案实现struct的整体原子写入，比如依赖x86平台的CMPXCHG16B双字CAS指令，理论上可以做到一次原子更新整个结构体，但该操作本身的延迟就比两次独立的单字原子写高15%~30%，同时存在平台兼容性限制，实现复杂度也更高。
• 若你的业务场景不需要两个变量严格的时间一致性（即展示线程允许拿到「第一个变量是新采样值、第二个是上一次采样值」的组合），两次独立原子写的优势会进一步放大，甚至可以用memory_order_relaxed内存序写入，延迟还能再降低。

适配你的场景的优化建议 #

• 你的展示线程仅20ms读一次共享变量，对拉取线程的写入干扰极低，优先选择两个独立的原子变量，写入用memory_order_release、读取用memory_order_acquire即可满足一致性要求，不需要加任何锁。
• 如果后续需要保证两个变量的时间一致性（必须同时拿到同一采样时刻的两个值），可以额外加一个原子版本号字段，展示线程连续读两次版本号判断中间是否有写入即可，几乎不会增加拉取线程的写入开销。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者knopele