C++无锁数据结构实现示例详解
更新时间：2023年12月27日 09:11:05 作者：kkkK2008
这篇文章主要为大家介绍了C++无锁数据结构实现示例详解,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪
无锁数据结构
无锁并非真正无锁，正如零拷贝并非零次拷贝。
实现
多生产者多消费者队列
// 基于自旋锁（或者CAS，原理相同，后者实现较为复杂）
// 通过atomic库中atomic_flag类进行实现自旋达到多生产者多消费者同步。
#include <iostream>
#include <atomic>
class Queue {
atomic_flag spin_push_flag = false, spin_pop_flag = false;
public:
void Push() {
// 自旋+上锁
while (spin_push_flag.test_and_set())
;
// working...
// 解锁
spin_push_flag.clear();
}
void Pop() {
// 自旋+上锁
while (spin_pop_flag.test_and_set())
;
// working...
// 解锁
spin_pop_flag.clear();
}
};单生产者单消费者队列
// 类似内核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...
}
};测试
前提：
每次主线程十次循环建立100个线程访问队列，即1k线程并发。取100次平均值。一共三个版本：互斥锁单线程访问a、单生产者单消费者b、多生产者多消费者c。
| 场景 | 结果 |
|---|---|
| Push和Pop接口不工作 | a和b时间相仿；c是前二100倍 |
| Push和Pop接口处理一些简单工作 | a和b时间相仿；c是前二的10倍 |
| Push和Pop接口处理一些较耗时工作 | b最快；c其次，为b的2倍；a最慢，为b的7-8倍 |
总结
综合来看：单生产者单消费者模型效率最优（Linux内核kfifo）。不过具体使用何种模型实现线程安全，要根据实际场景进行选择，并且多测试，才能够达到最佳模型的选择。此处仍有一点未提及：若要实现多线程并发访问数据结构，即单生产者单消费者或者多生产者多消费者，仍需要尽量避免共同数据的访问防止segment fault。
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