C++無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)示例詳解

更新時間：2023年12月27日 09:11:05 作者：kkkK2008

這篇文章主要為大家介紹了C++無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)示例詳解,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進步,早日升職加薪

無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

無鎖并非真正無鎖，正如零拷貝并非零次拷貝。

實現(xiàn)

多生產(chǎn)者多消費者隊列

// 基于自旋鎖（或者CAS，原理相同，后者實現(xiàn)較為復(fù)雜）
// 通過atomic庫中atomic_flag類進行實現(xiàn)自旋達(dá)到多生產(chǎn)者多消費者同步。
#include <iostream>
#include <atomic>
class Queue {
    atomic_flag spin_push_flag = false, spin_pop_flag = false;
public:
       void Push() {
        // 自旋+上鎖
        while (spin_push_flag.test_and_set())
            ;
        // working...
        // 解鎖
        spin_push_flag.clear();
    } 
    void Pop() {
        // 自旋+上鎖
        while (spin_pop_flag.test_and_set())
            ;
        // working...
        // 解鎖
        spin_pop_flag.clear();
    }
};

單生產(chǎn)者單消費者隊列

// 類似內(nèi)核kfifo
#include <iostream>
#include <mutex>
class Queue {
private:
    mutex mutex_push, mutex_pop;
public:
       void Push() {
        lock_gurad<mutex> lck(mutex_push);
        // working...
    } 
    void Pop() {
        lock_gurad<mutex> lck(mutex_pop);
        // working...
    }
};

測試

前提：

每次主線程十次循環(huán)建立100個線程訪問隊列，即1k線程并發(fā)。取100次平均值。一共三個版本：互斥鎖單線程訪問a、單生產(chǎn)者單消費者b、多生產(chǎn)者多消費者c。

場景	結(jié)果
Push和Pop接口不工作	a和b時間相仿；c是前二100倍
Push和Pop接口處理一些簡單工作	a和b時間相仿；c是前二的10倍
Push和Pop接口處理一些較耗時工作	b最快；c其次，為b的2倍；a最慢，為b的7-8倍

總結(jié)

綜合來看：單生產(chǎn)者單消費者模型效率最優(yōu)（Linux內(nèi)核kfifo）。不過具體使用何種模型實現(xiàn)線程安全，要根據(jù)實際場景進行選擇，并且多測試，才能夠達(dá)到最佳模型的選擇。此處仍有一點未提及：若要實現(xiàn)多線程并發(fā)訪問數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即單生產(chǎn)者單消費者或者多生產(chǎn)者多消費者，仍需要盡量避免共同數(shù)據(jù)的訪問防止segment fault。

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