Question

我编写了一个简单的无锁节点堆栈（Delp [hi XE4，Win7-64,32位应用程序]，我可以在其中同时从各个线程中拥有多个“堆栈”和pop / push节点。它在99.999％的时间内工作，但最终在使用所有CPU内核的压力测试下出现故障。

剥离，它归结为此（不是真实/编译代码）：节点是：

type      POBNode          = ^TOBNode;
[volatile]TOBNode          = record
                    [volatile]Next   : POBNode;
                              Data   : Int64;
                             end;

简化堆栈：

type TOBStack  = class
                  private
                   [volatile]Head:POBNode; 
                  function Pop:POBNode;
                  procedure Push(NewNode:POBNode);
                 end;

procedure TOBStack.Push(NewNode:POBNode);
var zTmp : POBNode;
begin;
    repeat
     zTmp:=InterlockedCompareExchangePointer(Pointer(Head),nil,nil);(memory fenced-read*)
     NewNode.Next:=zTmp;
     if InterlockedCompareExchangePointer(Head,NewNode,zTmp)=zTmp
        then break (*success*)
        else continue;
    until false;
end;

function TOBStack.Pop:POBNode;
begin;
 repeat
  Result:=InterlockedCompareExchangePointer(Pointer(Head),nil,nil);(memory fenced-read*)
  if Result=nil
     the exit;
  NewHead:=Result.Next;
  if InterlockedCompareExchangePointer(Pointer(Head),NewHead,Result)=Result
     then break (*Success*)
     else continue;(*Fail, try again*)
 until False;
end;

我已尝试过很多变种，但无法保持稳定。如果我创建一些线程，每个线程都有一个堆栈，并且它们都是全局堆栈推送/弹出，它最终会出现故障，但不会很快。只有当我在多个线程中，在紧密的循环中强调它持续几分钟时。

我的代码中没有隐藏的错误，所以我需要更多的建议，而不是要求一个特定的问题让这个运行100％无错误，24/7。对于无锁的线程安全堆栈，上面的代码是否正常？我还能看到什么？这是不可能正常调试的，因为错误发生在各个地方，告诉我在某处发生指针或RAM损坏。我也得到重复的条目，这意味着一个节点弹出一个堆栈，然后又返回到同一个堆栈，仍然在旧堆栈的顶部...根据我的算法不可能发生？这让我相信它可能会违反Delphi / Windows InterlockedCompareExchange方法，或者我还有一些隐藏的知识尚未透露。：）（我也尝试过TInterlocked）

我已经制作了一个完整的测试用例，可以从ftp.true.co.za复制。在那里，我运行了8个线程，每个线程执行400,000个推送/弹出，并且在经过几个周期的测试后，它通常会崩溃（安全地由于检查/引发的异常），有时在一个突然崩溃之前完成许多测试周期。

任何建议都将受到赞赏。

此致安东 ë

Answer 1

起初我对这是一个ABA problem as indicated by gabr持怀疑态度。在我看来：如果一个线程查看当前Head，另一个线程推送然后弹出;你很高兴仍以相同的方式在同一Head上运作。

但是，请从Pop方法中考虑这一点：

NewHead:=Result.Next;
if InterlockedCompareExchangePointer(Pointer(Head),NewHead,Result)=Result

如果在第一行之后换出线程。
NewHead的值存储在本地变量中。
然后另一个线程成功弹出该线程所针对的节点。
它还设法将相同的节点推回，但在第一个线程恢复之前，Next的值不同。
第二行将通过比较检查，允许head从本地变量接收NewHead值。
但是，NewHead的当前值不正确，从而破坏了您的堆栈。

这个问题有一个微妙的变化甚至没有你的测试应用程序覆盖。在测试应用中未检查此问题，因为在测试结束之前，您不会销毁任何节点。

看看现在的头脑
另一个线程弹出一些节点。
节点被销毁，新节点被创建并推送。
当你的“寻找线程”再次处于活动状态时，它可能会看到一个完全不同的节点，它恰巧位于同一地址。
如果您正在弹出，可以将垃圾指针分配给Head。

除以上形式外... ... 看看你的测试应用程序，还有一些非常狡猾的代码。 E.g。

您生成“随机数”：J:=GetTickCount and 7;(*Get a 'random' number 0..7*)。

您是否意识到计算机有多快？
您是否意识到GetTickCount会在紧密循环中产生大量重复项？
即。你生成的数字就像 random。
当评论与代码不一致时，我的蜘蛛般的感觉开始了。

您正在分配硬编码大小的内存：GetMem(zTmp,12);(*Allocate new node*)。

你为什么不使用SizeOf？
您正在使用多平台编译器....该结构的大小可能会有所不同。
绝对没有理由对结构的大小进行硬编码。

现在，鉴于这两个例子，我不完全相信你的测试代码中也没有错误。

Delphi [volatile]和InterlockedCompareExchange不可靠？

1 个答案: