Почему инструкцию CompareAndSwap считают дорогой?

"дорого" здесь очень относительно. Это абсолютно несущественно по сравнению, скажем, с доступом к жесткому диску. Но скорость шины ОЗУ не поспевает за скоростью современных ЦП, и по сравнению с арифметическими операциями внутри ЦП прямой доступ к ОЗУ (т. Е. Без кеширования) обходится довольно дорого. На выборку int из ОЗУ может уйти в 50 раз больше времени, чем на добавление двух регистров.

Таким образом, поскольку барьеры памяти в основном вызывают прямой доступ к ОЗУ (возможно, для нескольких процессоров), они относительно дороги.

Думаю, я нашел ответ в своей книге:

Каждый getAndSet () транслируется на шину. потому что все потоки должны использовать шину для связи с памяти, эти вызовы getAndSet () задерживают все потоки (ядра), даже те, кто не ждет блокировки.

Что еще хуже, вызов getAndSet () заставляет другие процессоры отказаться от своих кэшированных копий блокировку, поэтому каждый вращающийся поток встречает кеш промахивается почти каждый раз и должен использовать автобус, чтобы получить новое, но неизменное значение.

В общем, атомарные операции стоят дорого, потому что они требуют межпровизорной синхронизации. «Нормальная» операция позволяет работать с кэшированными данными, обеспечивая дополнительную скорость. Возьмем, к примеру, систему с 2 процессорами:

Поток 1

while (1) x++;

Поток 2

while (1) x++;

Поскольку инкремент не является атомарной операцией и не защищен барьером памяти, результаты этого в значительной степени неопределенны. Вы не знаете, как x будет приращаться, или он может даже быть поврежден.

Поток 1

while (1) atomicIncrement(&x);

Поток 2

while (1) atomicIncrement(&x);

Теперь вы пытаетесь получить четко определенное поведение - независимо от порядка, x должен шагать один за другим. Если два потока работают на разных процессорах, они должны либо уменьшить количество разрешенного кэширования, либо иным образом «сравнить заметки», чтобы убедиться, что происходит что-то разумное.

Эти дополнительные накладные расходы могут быть довольно дорогими, и это общая причина утверждения, что атомные операции медленные.

Это потому, что они вводят дополнительные накладные расходы, чтобы сделать операцию атомарной. Базовая платформа должна будет подавлять оптимизацию (например, кеширование) и приостанавливать выполнение потоков для облегчения барьера, а это требует больших дополнительных усилий. Пока эта дополнительная активность выполняется, потоки не могут выполняться, поэтому для всей программы возникает временная задержка.