Fetch-and-add

fetch-and-add是CPU指令（FAA），对内存位置执行增加一个数量的原子操作。具体内容为：

令x 变为x + a，其中x是个内存位置，a是个值

FAA可用于实现互斥锁、信号量。

1991年，Maurice Herlihy证明fetch-and-add具有一个有限的consensus数，能解决不超过两个并发进程的无等待consensus问题。

用途

下述伪代码用ticket lock算法实现了互斥锁：

 record locktype {
    int ticketnumber
    int turn
 }
 procedure LockInit( locktype* lock ) {
    lock.ticketnumber := 0
    lock.turn := 0
 }
 procedure Lock( locktype* lock ) {
    int myturn := FetchAndIncrement( &lock.ticketnumber ) //must be atomic, since many threads might ask for a lock at the same time
    while lock.turn ≠ myturn 
        skip // spin until lock is acquired
 }
 procedure UnLock( locktype* lock ) {
    FetchAndIncrement( &lock.turn ) //this need not be atomic, since only the possessor of the lock will execute this
 }

硬件软件支持

C++11标准定义了原子的fetch_add函数。 GCC把它作为对C语言的扩展。

x86实现

从8086起，以内存为目的操作数的ADD指令就是fetch-and-add。如果使用LOCK前缀，那么它对多处理器是原子操作。但不能返回原值，直至486引入XADD指令。

    void __fastcall atomic_inc (volatile int* pNum)
    {
        __asm
        {
            lock inc dword ptr [ECX]
            ret
        }
    }

下述GCC编译的C语言函数，在x86的32位与64位平台上，使用扩展asm语法：

  static inline int fetch_and_add(int* variable, int value)
  {
      __asm__ volatile("lock; xaddl %0, %1"
        : "+r" (value), "+m" (*variable) // input+output
        : // No input-only
        : "memory"
      );
      return value;
  }

参见

• Test-and-set
• Test and Test-and-set
• Compare-and-swap
• Load-Link/Store-Conditional