xref: /llvm-project/libcxx/test/benchmarks/atomic_wait_vs_mutex_lock.bench.cpp (revision 9ebc6f5d6d333ec38d9a8231414bbd4d58fa83e9)
178b4b5ccSLouis Dionne //===----------------------------------------------------------------------===//
26a54dfbfSLouis Dionne //
378b4b5ccSLouis Dionne // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
478b4b5ccSLouis Dionne // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
578b4b5ccSLouis Dionne // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
678b4b5ccSLouis Dionne //
778b4b5ccSLouis Dionne //===----------------------------------------------------------------------===//
878b4b5ccSLouis Dionne 
9b2d24947SLouis Dionne // UNSUPPORTED: c++03, c++11, c++14, c++17
10b2d24947SLouis Dionne 
1178b4b5ccSLouis Dionne #include <atomic>
12*9ebc6f5dSNikolas Klauser #include <cstdint>
1378b4b5ccSLouis Dionne #include <mutex>
14b2d24947SLouis Dionne #include <stop_token>
1578b4b5ccSLouis Dionne #include <thread>
1678b4b5ccSLouis Dionne 
1778b4b5ccSLouis Dionne #include "benchmark/benchmark.h"
1878b4b5ccSLouis Dionne #include "make_test_thread.h"
1978b4b5ccSLouis Dionne 
2078b4b5ccSLouis Dionne using namespace std::chrono_literals;
2178b4b5ccSLouis Dionne 
2278b4b5ccSLouis Dionne struct AtomicLock {
2378b4b5ccSLouis Dionne   std::atomic<bool>& locked_;
2478b4b5ccSLouis Dionne 
2578b4b5ccSLouis Dionne   AtomicLock(const AtomicLock&)            = delete;
2678b4b5ccSLouis Dionne   AtomicLock& operator=(const AtomicLock&) = delete;
2778b4b5ccSLouis Dionne 
2878b4b5ccSLouis Dionne   AtomicLock(std::atomic<bool>& l) : locked_(l) { lock(); }
2978b4b5ccSLouis Dionne   ~AtomicLock() { unlock(); }
3078b4b5ccSLouis Dionne 
3178b4b5ccSLouis Dionne   void lock() {
3278b4b5ccSLouis Dionne     while (true) {
3378b4b5ccSLouis Dionne       locked_.wait(true, std::memory_order_relaxed);
3478b4b5ccSLouis Dionne       bool expected = false;
3578b4b5ccSLouis Dionne       if (locked_.compare_exchange_weak(expected, true, std::memory_order_acquire, std::memory_order_relaxed))
3678b4b5ccSLouis Dionne         break;
3778b4b5ccSLouis Dionne     }
3878b4b5ccSLouis Dionne   }
3978b4b5ccSLouis Dionne 
4078b4b5ccSLouis Dionne   void unlock() {
4178b4b5ccSLouis Dionne     locked_.store(false, std::memory_order_release);
4278b4b5ccSLouis Dionne     locked_.notify_all();
4378b4b5ccSLouis Dionne   }
4478b4b5ccSLouis Dionne };
4578b4b5ccSLouis Dionne 
4678b4b5ccSLouis Dionne // using LockState = std::atomic<bool>;
4778b4b5ccSLouis Dionne // using Lock      = AtomicLock;
4878b4b5ccSLouis Dionne 
4978b4b5ccSLouis Dionne // using LockState = std::mutex;
5078b4b5ccSLouis Dionne // using Lock = std::unique_lock<std::mutex>;
5178b4b5ccSLouis Dionne 
5278b4b5ccSLouis Dionne template <class LockState, class Lock>
5378b4b5ccSLouis Dionne void test_multi_thread_lock_unlock(benchmark::State& state) {
5478b4b5ccSLouis Dionne   std::uint64_t total_loop_test_param = state.range(0);
5578b4b5ccSLouis Dionne   constexpr auto num_threads          = 15;
5678b4b5ccSLouis Dionne   std::vector<std::jthread> threads;
5778b4b5ccSLouis Dionne   threads.reserve(num_threads);
5878b4b5ccSLouis Dionne 
5978b4b5ccSLouis Dionne   std::atomic<std::uint64_t> start_flag = 0;
6078b4b5ccSLouis Dionne   std::atomic<std::uint64_t> done_count = 0;
6178b4b5ccSLouis Dionne 
6278b4b5ccSLouis Dionne   LockState lock_state{};
6378b4b5ccSLouis Dionne 
6478b4b5ccSLouis Dionne   auto func = [&start_flag, &done_count, &lock_state, total_loop_test_param](std::stop_token st) {
6578b4b5ccSLouis Dionne     auto old_start = 0;
6678b4b5ccSLouis Dionne     while (!st.stop_requested()) {
6778b4b5ccSLouis Dionne       start_flag.wait(old_start);
6878b4b5ccSLouis Dionne       old_start = start_flag.load();
6978b4b5ccSLouis Dionne 
7078b4b5ccSLouis Dionne       // main things under test: locking and unlocking in the loop
7178b4b5ccSLouis Dionne       for (std::uint64_t i = 0; i < total_loop_test_param; ++i) {
7278b4b5ccSLouis Dionne         Lock l{lock_state};
7378b4b5ccSLouis Dionne       }
7478b4b5ccSLouis Dionne 
7578b4b5ccSLouis Dionne       done_count.fetch_add(1);
7678b4b5ccSLouis Dionne     }
7778b4b5ccSLouis Dionne   };
7878b4b5ccSLouis Dionne 
7978b4b5ccSLouis Dionne   for (size_t i = 0; i < num_threads; ++i) {
8078b4b5ccSLouis Dionne     threads.emplace_back(support::make_test_jthread(func));
8178b4b5ccSLouis Dionne   }
8278b4b5ccSLouis Dionne 
8378b4b5ccSLouis Dionne   for (auto _ : state) {
8478b4b5ccSLouis Dionne     done_count = 0;
8578b4b5ccSLouis Dionne     start_flag.fetch_add(1);
8678b4b5ccSLouis Dionne     start_flag.notify_all();
8778b4b5ccSLouis Dionne     while (done_count < num_threads) {
8878b4b5ccSLouis Dionne       std::this_thread::yield();
8978b4b5ccSLouis Dionne     }
9078b4b5ccSLouis Dionne   }
9178b4b5ccSLouis Dionne   for (auto& t : threads) {
9278b4b5ccSLouis Dionne     t.request_stop();
9378b4b5ccSLouis Dionne   }
9478b4b5ccSLouis Dionne   start_flag.fetch_add(1);
9578b4b5ccSLouis Dionne   start_flag.notify_all();
9678b4b5ccSLouis Dionne   for (auto& t : threads) {
9778b4b5ccSLouis Dionne     t.join();
9878b4b5ccSLouis Dionne   }
9978b4b5ccSLouis Dionne }
10078b4b5ccSLouis Dionne 
10178b4b5ccSLouis Dionne void BM_atomic_wait(benchmark::State& state) { test_multi_thread_lock_unlock<std::atomic<bool>, AtomicLock>(state); }
10278b4b5ccSLouis Dionne BENCHMARK(BM_atomic_wait)->RangeMultiplier(2)->Range(1 << 10, 1 << 20);
10378b4b5ccSLouis Dionne 
10478b4b5ccSLouis Dionne void BM_mutex(benchmark::State& state) {
10578b4b5ccSLouis Dionne   test_multi_thread_lock_unlock<std::mutex, std::unique_lock<std::mutex>>(state);
10678b4b5ccSLouis Dionne }
10778b4b5ccSLouis Dionne BENCHMARK(BM_mutex)->RangeMultiplier(2)->Range(1 << 10, 1 << 20);
10878b4b5ccSLouis Dionne 
10978b4b5ccSLouis Dionne BENCHMARK_MAIN();
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