为什么在这种无竞争的情况下原子比锁慢得多？

我使用原子而不是锁编写了一些东西，并且对它在我的情况下慢得多感到困惑，我编写了以下小型测试：

#include <pthread.h>
#include <vector>

struct test
{
    test(size_t size) : index_(0), size_(size), vec2_(size)
        {
            vec_.reserve(size_);
            pthread_mutexattr_init(&attrs_);
            pthread_mutexattr_setpshared(&attrs_, PTHREAD_PROCESS_PRIVATE);
            pthread_mutexattr_settype(&attrs_, PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP);

            pthread_mutex_init(&lock_, &attrs_);
        }

    void lockedPush(int i);
    void atomicPush(int* i);

    size_t              index_;
    size_t              size_;
    std::vector<int>    vec_;
    std::vector<int>    vec2_;
    pthread_mutexattr_t attrs_;
    pthread_mutex_t     lock_;
};

void test::lockedPush(int i)
{
    pthread_mutex_lock(&lock_);
    vec_.push_back(i);
    pthread_mutex_unlock(&lock_);
}

void test::atomicPush(int* i)
{
    int ii       = (int) (i - &vec2_.front());
    size_t index = __sync_fetch_and_add(&index_, 1);
    vec2_[index & (size_ - 1)] = ii;
}

int main(int argc, char** argv)
{
    const size_t N = 1048576;
    test t(N);

//     for (int i = 0; i < N; ++i)
//         t.lockedPush(i);

    for (int i = 0; i < N; ++i)
        t.atomicPush(&i);
}

如果我取消注释atomicPush操作并运行测试time(1)我得到这样的输出：

real    0m0.027s
user    0m0.022s
sys     0m0.005s

如果我运行调用原子事物的循环（看似不必要的操作是因为我希望我的函数看起来尽可能像我更大的代码所做的那样），我会得到如下输出：

real    0m0.046s
user    0m0.043s
sys     0m0.003s

我不确定为什么会发生这种情况，因为在这种情况下我预计原子会比锁更快......

当我使用 -O3 编译时，我看到锁和原子更新如下：

lock:
    real    0m0.024s
    user    0m0.022s
    sys     0m0.001s

atomic:    
    real    0m0.013s
    user    0m0.011s
    sys     0m0.002s

在我较大的应用程序中，尽管锁的性能（单线程测试）仍然做得更好......

无竞争的互斥锁的锁定和解锁速度非常快。有了原子变量，你就可以always付出一定的内存同步代价（特别是因为您甚至没有使用宽松的排序）。

你的测试用例太天真了，没有什么用处。您必须测试竞争激烈的数据访问场景。

一般来说，原子are速度很慢（它们妨碍了巧妙的内部重新排序、流水线和缓存），但它们允许无锁代码，从而确保整个程序可以some进步。相比之下，如果你在持有锁的情况下被换出，everyone必须等待。