Question

我使用基于http://www.boyet.com/articles/LockfreeQueue.html的比较和交换在C中实现了一个无锁队列。

它运行良好，但我正在尝试将此队列集成到我已实现的无锁跳过列表中。我正在使用跳过列表作为优先级队列，并且希望在存在优先级冲突时使用每个节点内的无锁队列来存储多个值。但是，由于在检测到优先级冲突时在跳过列表中管理节点的方式，我需要能够仅在队列不为空时才将项添加到队列中。

由于队列的锁定性质，我不确定如何实际执行此操作。

那么基本上我将如何编写一个原子enqueue_if_not_empty操作？

Answer 1

编辑：正如人们注意到的那样，我用相反的语义编写了函数 - 只排入空队列。我修改了名称以反映这一点，并决定留下它，以防万一有人会感兴趣。所以，这不是问题的正确答案，但除非你找到另一个原因，否则请不要恭维：）

下面是尝试将EnqueueIfEmpty()添加到参考文件中的队列实现中。我没有验证它是否有效甚至编译。基本思路是在 head （而不是尾部）之后插入一个新节点，前提是head的next是当前为null（这是空队列的必要条件）。我留下额外的检查头部等于尾部，可能会被移除。

public bool EnqueueIfEmpty(T item) {
  // Return immediately if the queue is not empty.
  // Possibly the first condition is redundant.
  if (head!=tail || head.Next!=null)
      return false;

  SingleLinkNode<T> oldHead = null;

  // create and initialize the new node
  SingleLinkNode<T> node = new SingleLinkNode<T>();
  node.Item = item;

  // loop until we have managed to update the tail's Next link 
  // to point to our new node
  bool Succeeded = false;
  while (head==tail && !Succeeded) {

    // save the current value of the head
    oldHead = head;         

    // providing that the tail still equals to head...
    if (tail == oldHead) {

      // ...and its Next field is null...
      if (oldhead.Next == null) {

        // ...try inserting new node right after the head.
        // Do not insert at the tail, because that might succeed
        // with a non-empty queue as well.
        Succeeded = SyncMethods.CAS<SingleLinkNode<T>>(ref head.Next, null, node);
      }

      // if the head's Next field was non-null, another thread is
      // in the middle of enqueuing a new node, so the queue becomes non-empty
      else {
        return false;
      }
    }
  }

  if (Succeeded) {
    // try and update the tail field to point to our node; don't
    // worry if we can't, another thread will update it for us on
    // the next call to Enqueue()
    SyncMethods.CAS<SingleLinkNode<T>>(ref tail, oldHead, node);
  }
  return Succeeded;
}

Answer 2

好吧，Enqueue-If-Not-Empty似乎相对简单，但有一个限制：其他线程可以同时从队列中删除所有以前的项目，这样在尾部插入完成后，新项目可能会发生成为队列中的第一个。由于原子比较和交换操作是使用不同的字段完成的（在将前进tail.Next出列时将变更head排入队列），因此更强的保证不仅要求此函数具有额外的复杂性，而且至少需要{{1}也是。

正常Dequeue()方法的以下更改就足够了：
1）在函数start，检查Enqueue()是否为空，如果是，则在队列为空时立即返回。
2）如果最初非空队列在插入成功之前变空，则应将head.Next添加到循环条件中以防止入队尝试。这并不能阻止我在上面描述的情况（因为在检查空虚和节点插入之间有一个时间窗口），但是减少了它发生的可能性。
3）在函数结束时，只有在新节点成功入队时才尝试推进尾部（就像我在Enqueue-If-Empty答案中所做的那样）。

如果不为空，则锁定空闲队列入队

2 个答案: