Question

我正在考虑实现一个无锁的循环数组。一个问题是以无锁的方式保持头部和尾部指针。我想到的代码是：

int circularIncrementAndGet(AtomicInteger i) {
    i.compareAndSet(array.length - 1, -1);
    return i.incrementAndGet();
}

然后我会做类似的事情：

void add(double value) {
    int idx = circularIncrementAndGet(tail);
    array[idx] = value;
}

（注意，如果数组是完整的旧值将被覆盖，我很好）。

有没有人发现这个设计有问题？我怀疑可能存在一种我没有看到的竞争状态。

Answer 1

查看disruptor：http://lmax-exchange.github.io/disruptor/，它是Java中的一个开源无锁循环缓冲区。

Answer 2

更简单的方法是使用2大小的幂并执行以下操作。

 final double[] array;
 final int sizeMask;
 final AtomicInteger i = new AtomicInteger();

 public CircularBuffer(int size) {
      assert size > 1 && ((size & (size -1)) == 0); // test power of 2.
      array = new double[size];
      sizeMask = size -1;
 }

 void add(double value) {
     array[i.getAndIncrement() & sizeMask] = value;
 }

Answer 3

是的，有竞争条件。

说i = array.length - 2，两个主题输入circularIncrementAndGet()：

Thread 1: i.compareAndSet(array.length - 1, -1) results in i = array.length - 2
Thread 2: i.compareAndSet(array.length - 1, -1) results in i = array.length - 2
Thread 1: i.incrementAndGet() results in i = array.length - 1
Thread 2: i.incrementAndGet() results in i = array.length

当线程2到达ArrayIndexOutOfBoundsException时（以及随后array[idx] = value的所有后续调用，直到add()溢出），才会导致i。

@Peter Lawrey提出的解决方案没有遇到这个问题。

Answer 4

如果您坚持以下约束：

任何时候只允许一个线程修改头部指针
任何时候只允许一个线程修改尾指针
Dequeue-on-empty给出一个返回值，表示没有做任何事情
Enqueue-on-full给出一个返回值，表示没有做任何事情
您不会计算队列中存储的值的数量。
你'浪费'了一个永远不会被使用的数组中的索引，这样你就可以分辨出数组是满的还是空的而不必继续计算。

可以实现循环数组/队列。

排队线程拥有尾指针。出列线程拥有头指针。除了一个条件，这两个线程到目前为止不共享任何状态，因此没有问题。

这个条件是测试空虚或丰满。

考虑为空表示头==尾;考虑完全意味着tail == head - 1模数组大小。 Enqueue必须检查队列是否已满，dequeue必须检查队列是否为空。你需要在数组中浪费一个索引来检测full和empty之间的区别 - 如果你排入最后一个bucket，那么full将是head == tail而empty将是head == tail，现在你就陷入僵局 - 你认为你在同一时间是空虚和充实的，所以没有工作可以完成。

在执行这些检查时，可能会在比较时更新一个值。然而，由于这两个值是单调递增的，因此没有正确性问题：

如果在dequeue方法中，head == tail在比较期间计算为true，但是后面的尾部向前移动，没有问题 - 你认为当它实际上没有时，数组是空的，但没什么大不了的，你只需从dequeue方法返回false，然后再试一次。
如果在enqueue方法中，tail == head - 1计算为true，但在此之后，head会增加，那么你会认为数组已满，但实际上并非如此，但是重要的是，你只需从入队中返回假，然后再试一次。

这是我在Dobb博士多年前发现的实施背后所使用的设计，它对我很有帮助：

http://www.drdobbs.com/parallel/lock-free-queues/208801974

无锁圆阵

4 个答案: