Fetch-and-add

fetch-and-add是CPU指令（FAA），對內存位置執行增加一個數量的原子操作。具體內容為：

令x 變為x + a，其中x是個內存位置，a是個值

FAA可用於實現互斥鎖、信號量。

1991年，Maurice Herlihy證明fetch-and-add具有一個有限的consensus數，能解決不超過兩個並發進程的無等待consensus問題。

用途

下述偽代碼用ticket lock算法實現了互斥鎖：

 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
 }

硬件軟件支持

C++11標準定義了原子的fetch_add函數。 GCC把它作為對C語言的擴展。

x86實現

從8086起，以內存為目的操作數的ADD指令就是fetch-and-add。如果使用LOCK前綴，那麼它對多處理器是原子操作。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編譯的C語言函數，在x86的32位與64位平台上，使用擴展asm語法：

  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;
  }

參見

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