Question

简短版：

我正在尝试从here中的无锁单生产者单一消费者队列实现中使用的C ++ 11替换std :: atomic。如何将其替换为boost::atomic？

长版：

我正试图通过工作线程从我们的应用程序中获得更好的性能。每个线程都有自己的任务队列。我们必须在出列/排队每个任务之前使用锁同步。

然后我找到了Herb Sutter关于无锁队列的文章。这似乎是一个理想的替代品。但是代码使用了C ++ 11中的std::atomic，我目前无法将其引入项目中。

更多Google搜索引发了一些示例，例如this one for Linux (echelon's)和this one for Windows (TINESWARE's)。两者都使用平台的特定构造，如WinAPI的InterlockedExchangePointer和GCC的__sync_lock_test_and_set。

我只需要支持Windows＆amp; Linux也许我可以逃脱一些#ifdef。但我认为使用boost::atomic提供的内容可能会更好。 Boost Atomic尚未成为官方Boost库的一部分。所以我从http://www.chaoticmind.net/~hcb/projects/boost.atomic/下载了源代码，并在我的项目中使用了包含文件。

这是我到目前为止所得到的：

#pragma once

#include <boost/atomic.hpp>

template <typename T>
class LockFreeQueue
{
private:
    struct Node
    {
        Node(T val) : value(val), next(NULL) { }
        T value;
        Node* next;
    };
    Node* first; // for producer only
    boost::atomic<Node*> divider;  // shared
    boost::atomic<Node*> last; // shared

public:
    LockFreeQueue()
    {
        first = new Node(T());
        divider = first;
        last= first;
    }

    ~LockFreeQueue()
    {
        while(first != NULL) // release the list
        {
            Node* tmp = first;
            first = tmp->next;
            delete tmp;
        }
    }

    void Produce(const T& t)
    {
        last.load()->next = new Node(t); // add the new item
        last = last.load()->next;
        while(first != divider) // trim unused nodes
        {
            Node* tmp = first;
            first = first->next;
            delete tmp;
        }
    }

    bool Consume(T& result)
    {
        if(divider != last) // if queue is nonempty
        {
            result = divider.load()->next->value; // C: copy it back
            divider = divider.load()->next;
            return true;  // and report success
        }
        return false;  // else report empty
    }
};

需要注意的一些修改：

boost::atomic<Node*> divider;  // shared
boost::atomic<Node*> last; // shared

和

    last.load()->next = new Node(t); // add the new item
    last = last.load()->next;

和

        result = divider.load()->next->value; // C: copy it back
        divider = divider.load()->next;

我是否正确地在boost :: atomic中应用了load（）（以及隐式store（））？我们可以说这相当于Sutter原来的C ++ 11无锁队列吗？

PS。我在SO上研究了许多线程，但似乎没有一个提供boost :: atomic＆amp; amp;无锁队列。

Answer 1

您是否尝试过Intel Thread Building Blocks' atomic<T>？跨平台和免费。

也...

单个生产者/单个消费者使您的问题变得更加容易，因为您的线性化点可以是单个运算符。如果您准备接受有界队列，它会变得更容易。

有界队列为缓存性能提供了优势，因为您可以保留缓存对齐的内存块以最大限度地提高命中率，例如：

#include <vector>
#include "tbb/atomic.h"
#include "tbb/cache_aligned_allocator.h"    

template< typename T >
class SingleProdcuerSingleConsumerBoundedQueue { 
    typedef vector<T, cache_aligned_allocator<T> > queue_type;

public:
    BoundedQueue(int capacity):
        queue(queue_type()) {
        head = 0;
        tail = 0;
        queue.reserve(capacity);
    }

    size_t capacity() {
        return queue.capacity();
    }

    bool try_pop(T& result) {
        if(tail - head == 0)
            return false;
        else {
            result = queue[head % queue.capacity()];
            head.fetch_and_increment(); //linearization point
            return(true);
        }
    }

    bool try_push(const T& source) {
        if(tail - head == queue.capacity()) 
            return(false);
        else {
            queue[tail %  queue.capacity()] = source;
            tail.fetch_and_increment(); //linearization point
            return(true);
        }
    }

    ~BoundedQueue() {}

private:
    queue_type queue;
    atomic<int> head;
    atomic<int> tail;
};

Answer 2

从文档中查看此boost.atomic ringbuffer example：

#include <boost/atomic.hpp>

template <typename T, size_t Size>
class ringbuffer
{
public:
    ringbuffer() : head_(0), tail_(0) {}

    bool push(const T & value)
    {
        size_t head = head_.load(boost::memory_order_relaxed);
        size_t next_head = next(head);
        if (next_head == tail_.load(boost::memory_order_acquire))
            return false;
        ring_[head] = value;
        head_.store(next_head, boost::memory_order_release);
        return true;
    }

    bool pop(T & value)
    {
        size_t tail = tail_.load(boost::memory_order_relaxed);
        if (tail == head_.load(boost::memory_order_acquire))
            return false;
        value = ring_[tail];
        tail_.store(next(tail), boost::memory_order_release);
        return true;
    }

private:
    size_t next(size_t current)
    {
        return (current + 1) % Size;
    }

    T ring_[Size];
    boost::atomic<size_t> head_, tail_;
};

// How to use    
int main()
{
    ringbuffer<int, 32> r;

    // try to insert an element
    if (r.push(42)) { /* succeeded */ }
    else { /* buffer full */ }

    // try to retrieve an element
    int value;
    if (r.pop(value)) { /* succeeded */ }
    else { /* buffer empty */ }
}

代码的唯一限制是必须在编译时知道缓冲区长度（或者在构造时，如果用std::vector<T>替换数组）。据我所知，允许缓冲区增长和缩小并非易事。

使用boost :: atomic的无锁队列 - 我这样做了吗？

2 个答案: