CAS操作与无锁队列

2024年3月14日 276次阅读 来源: Wildcard
  • 在多线程编程中，为了保证内存的可见性，我们加入了一些锁的机制，例如信号量，互斥锁，条件变量等等，但是锁的机制不是一个简单的机制，需要加入很多的控制，所以在使用中又有了一些轻量级的同步机制，例如volatile，用来防止多线程中存有缓存以及禁止对指令顺序调优
  • 同时也加入了CPU的CAS操作，Compare and Swap，比较并交换，在大多数处理器架构，CAS的具体是判断一个内存上的数据是否是所判断的值，如果是，那么执行修改；如果不是，那么将不做操作并返回当前值。CAS是一种乐观锁，多线程执行过程中，多个线程去修改内存中的数据，有且只有一个能修改成功，但是失败的线程不会中断或者挂起。

CAS操作

int compare_and_swap (int* reg, int oldval, int newval)
{
  int old_reg_val = *reg;
  if(old_reg_val == oldval)
     *reg = newval;
  return old_reg_val;
}

具体的CAS操作

1、GCC的CAS，GCC4.1+版本中支持CAS的原子操作（完整的原子操作可参看 GCC Atomic Builtins）
1）bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval, type newval, …)
2）type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval, type newval, …)

2、C++11中的CAS，C++11中的STL中的atomic类的函数可以让你跨平台。（完整的C++11的原子操作可参看 Atomic Operation Library）

inline bool atomic_compare_exchange(
   _Inout_ int * _Dest,
   _Inout_ int * _Expected_value,
   int _Value
) restrict(amp);

inline bool atomic_compare_exchange(
   _Inout_ unsigned int * _Dest,
   _Inout_ unsigned int * _Expected_value,
   unsigned int _Value
) restrict(amp);

关于无锁队列

无锁队列是为了解决在多线程环境下，多个线程使用队列频繁的加锁解锁过程，这些过程消耗了很多系统资源而CAS操作作为一种轻量级别的同步机制，为锁操作带来了很大的方便

void Push(void* data)
 {
    Node* old_tail;
    Node* node = new Node();
    node->data = data;
    
    do 
    {
       old_tail = tail;
 
       if (!cas(&tail, old_tail, node))
           continue
 
       if (old_tail)
          old_tail->next = node;
       else
          cas(&head, NULL, node);
 
       break;
 
    }while (1);
    
 }

这就是一种简单的无锁队列的实现，而对于无锁队列更深层次的实现可以类推，万变不离其宗，本质上还是比较在多线程运行过程中内存是否发生了改变，如果没有则进行插入操作。

博客参考：http://www.cnblogs.com/catch/…

    原文作者：Wildcard
    原文地址: https://segmentfault.com/a/1190000011843440
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