C++11怎么實現無鎖隊列

這篇文章主要講解了“C++11怎么實現無鎖隊列”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“C++11怎么實現無鎖隊列”吧！

無鎖操作的本質依賴的原子操作，C++11提供了atomic的原子操作支持

atomic

compare_exchange_weak / compare_exchange_strong
當前值與期望值相等時，修改當前值為設定值，返回true
當前值與期望值不等時，將期望值修改為當前值，返回false

memory_order枚舉值

template<typename T>
class lock_free_stack
{
private:
    struct node
    {
        T data;
        node* next;
        node(T const& data_):
        data(data_)
        {
        }
    };

    std::atomic<node*> head;

public:
    void push(T const& data)
    {
        node* const new_node=new node(data);
        new_node->next=head.load();  

        /*
        ** 當前值.compare_exchange_weak(期望值, 設置值)
        ** 單線程的情況：
        ** 第一次執行while循環：
        ** 此時當前值與期望值相等，修改當前值為設定值 head = new_node，返回true
        ** 多線程的情況：
        ** 第一次執行循環體的時候：
        ** compare_exchange_weak如果失敗, 返回false, 證明有其他線程更新了棧頂head，
        ** 當前值與期望值不等時，將期望值修改為當前值, 即new_node->next等于新的棧頂head,
        ** 被其他線程更新的新棧頂值會被更新到new_node->next中，
        ** 因此循環可以直接再次嘗試壓棧而無需由程序員更新new_node->next。
        ** 然后第二次執行循環體：
        ** 此時 head == new_node->next, 所以 head = new_node.
        ** 如果這是仍有其他線程干擾，則仍為循環更新new_node->next
        */
        while(!head.compare_exchange_weak(new_node->next,new_node));
    }
};

CAS原子操作

• CAS即Compare and Swap，是所有CPU指令都支持CAS的原子操作（X86中CMPXCHG匯編指令），用于實現實現各種無鎖（lock free）數據結構。

• CAS用于檢查一個內存位置是否包含預期值，如果包含，則把新值復賦值到內存位置。成功返回true，失敗返回false。

示例代碼如下：

bool compare_and_swap ( int *memory_location, int expected_value, int new_value)
{
    if (*memory_location == expected_value)
    {
        *memory_location = new_value;
        return true;
    }
    return false;
}

ABA問題

所謂ABA（見維基百科的ABA詞條），問題基本是這個樣子：

• 進程P1在共享變量中讀到值為A

• P1被搶占了，進程P2執行

• P2把共享變量里的值從A改成了B，再改回到A，此時被P1搶占。

• P1回來看到共享變量里的值沒有被改變，于是繼續執行。

雖然P1以為變量值沒有改變，繼續執行了，但是這個會引發一些潛在的問題。ABA問題最容易發生在lock free 的算法中的，CAS首當其沖，因為CAS判斷的是指針的地址。如果這個地址被重用了呢，問題就很大了。（地址被重用是很經常發生的，一個內存分配后釋放了，再分配，很有可能還是原來的地址）

eg:
好比你拿著一個裝滿錢的手提箱在飛機場，此時過來了一個火辣性感的美女，然后她很暖昧地挑逗著你，并趁你不注意的時候，把用一個一模一樣的手提箱和你那裝滿錢的箱子調了個包，然后就離開了，你看到你的手提箱還在那，于是就提著手提箱去趕飛機去了。

這就是ABA的問題。

Fetch-And-Add （FAA）

一般用來對變量做+1的原子操作

Test-And-Set (TAS)

寫值到某個內存位置并傳回其舊值

感謝各位的閱讀，以上就是“C++11怎么實現無鎖隊列”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對C++11怎么實現無鎖隊列這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！