锁定自由同步

Question

我的问题与多线程无锁同步有关。我想知道以下内容：

1. 实现这一目标的一般方法是什么？我在某处读过有关LockFreePrimitives的内容，比如CompareAndExchange（CAS）或DoubleCompareAndExchange（DCA），但没有给出解释？ MINIMIZE使用锁的任何方法？

2. Java / .NET如何实现其并发容器？他们使用锁或无锁同步吗？

提前致谢。

Answer 1

假设您的算法具有一些特定的可利用功能，以下是一些可以最小化锁定使用的一般方法：

1. 更新单个数字变量时，可以使用非阻塞原语，例如CAS，atomic_increment等。它们通常比经典的阻塞关键部分（lock，mutex）快得多。

   < / LI>

2. 当一个数据结构由多个线程读取，但只由一个或几个线程写入时，一个明显的解决方案是读写锁，而不是完全锁定。

3. 尝试利用细粒锁定。例如，不是使用单个锁锁定整个数据结构，而是查看是否可以使用多个不同的锁来保护数据结构的不同部分。

4. 如果您依赖锁的隐式内存栅栏效应来确保跨线程可见单个变量，只需使用volatile ¹ （如果可用）。 p>

5. 有时，在实践中使用条件变量（和相关的锁定）太慢。在这种情况下，volatile忙碌旋转效率更高。

此处有关此主题的更多好建议：http://software.intel.com/en-us/articles/intel-guide-for-developing-multithreaded-applications/

另一个SO问题的好读：Lock-free multi-threading is for real threading experts（不要被标题吓到）。

最近讨论过的atomic_decrement的无锁Java实现：Starvation in non-blocking approaches

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¹ 此处volatile的使用适用于Java等语言，其中volatile已在内存模型中定义了语义，但未在C {C ++中定义{{1}在引入跨线程内存模型之前，并没有与它集成。这些语言中提供了类似的结构，例如C ++中的各种std::memory_order说明符。

Answer 2

有一些有用的方法可以使用无锁同步（例如@Tudor提到的那些）。但是我想警告一件事 - 无锁同步化并不构成。

例如，您可能有一个由compare＆amp; swap维护的整数，并且没关系。您可能还有一个由无锁算法维护的队列（这有点棘手，但它有很好的算法），队列也可以。
但是如果你试图使用计数器来计算队列中的元素，你会得到错误的答案。有时会添加一个元素，但计数器还没有反映它（反之亦然），如果你信任它就可以得到bug（例如你可能会尝试添加到一个完整的队列）。

简而言之 - 您可以让每个元素与自身保持一致，但彼此不一致。

Answer 3

比较和交换是有用的，但有一种更简单（所谓的'无锁'）技术，在某些可能有用的生产者/消费者用例中很有用，所以我会提到它。

想象一下，你有一个写入缓冲区的函数doWork（）。

1. 线程A将一个易失性布尔变量（flag）初始化为false，可由线程A访问，并创建一个易失性缓冲区对象，doWork将输出到线程B（全局等）。
2. 线程A创建线程B，调用doWork（）。
3. 线程B的doWork（）开始创建/写入缓冲区。完成后，它将布尔值设置为true。
4. 线程A可以轮询开始为false的全局布尔标志。当它变为真（非假）时，它可以访问缓冲区对象中的数据，确保完成。在民意调查之间，线程A可以做其他工作。 （例如，它在更新调用中轮询一次并且不等待真值）。这不会考虑错误处理，但也可以在缓冲区内处理。

这只能起作用，因为A只读取而B只写入，但这种用例对于“后台工作者”线程来说相当常见。这只能肯定适用于Java或C＃，其中volatile带有保证。