什么是没有锁定的最佳并发线程共享内存架构？

Question

我有一个2d内存阵列。我有多个线程自发地，任意地和同时地读取和写入数组中的单个元素。

构建内存访问代码的最快方法或最佳做法是什么？我不喜欢锁定的想法，因为它会阻止其他线程。

数据完整性实际上并不重要，但它应该（大多数）是一致的。我的代码可以处理一些内存错误。

它需要非常非常快！

感谢您的反馈。

Answer 1

如果数据完整性不重要，您只需访问数据而无需关心多线程。

但是，没有人可以预测结果。

但是，我不会称这种方法为“最佳做法”。恕我直言最好的实践是关心多线程，并用适当粒度的互斥锁保护数据。我的观点是每个应用程序应该首先是正确的，然后才是快速的。不一致的结果是错误的，无论它们是否快速都无关紧要。

Answer 2

将Interlocked类用于CAS（CompareAndExchange）数组中的对象/值。它使操作原子化，确保数据不被破坏。这是你能做的最快的事情（除了直接访问/修改数据而没有互锁）。但是，如果你正在修改2D数组的大小（增长/缩小），那么除非你在阵列上使用某种锁定机制，否则你会遇到一些严重的问题。

Answer 3

将数组声明为volatile并确保它的作用域使得它对所有线程都可见。我通常喜欢避免使用静态，因此要么通过引用传递数组，要么设置所有线程来运行将数组定义为实例字段的实例类的方法。

但是，我强烈建议您重新考虑“易失性访问”在数据完整性方面的含义。如果没有良好的锁定机制，最佳做法是不要做你正在尝试的事情。您可能认为这是一个小问题，但您可能会发现自己的系统非常不确定，以至于其数据在最轻微的情况下都不可靠。

假设您运行了8个线程，并且所有线程都将从数组的索引中获取值，进行一些计算，然后将结果添加回数组的索引。线程1首先启动并获取索引的值0.然后线程2-7全部启动并获得相同的值。线程1执行其计算，再次获取索引以确保它具有“最新”值，然后尝试更新该值。但是，其他线程正在等待该内存，并且由于某些调度实现，您不知道，在线程1获取索引（仍然为零）和写入其结果之间，线程2-7让ALL写入其值。然后线程1写入其值，覆盖其他7个线程所做的所有事情。反过来，其他7个线程可能彼此具有相似的“种族”，因此线程1覆盖的值可能会覆盖一半线程的结果。

我向你保证，这种行为不是你想要的，无论你多么认为你可以逃脱它;它会导致数据损坏，这将影响系统的其他区域，并且您将被迫实施正确的锁定。

Answer 4

如果您只对性能感兴趣，那么您订购内存访问的方式可以发挥重要作用。花一个小时左右阅读麻省理工学院slides from Lecture 1课程的Performance Engineering。其他讲座也可能对你很有意思（如第6讲）。

基本上，考虑到您正在使用的工作负载，您可以优化缓存的使用，从而大大提高性能，具体取决于您的读/写模式。

但这并不能阻止你做一些正确的事情。