《Implementing Lock-Free Queues》

最新推荐文章于 2022-01-27 17:54:46 发布
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文章标签： 数据结构与算法
本文深入探讨了在多线程环境下，如何利用互斥锁之外的技术，如架构CPU支持的汇编指令（CMPXCHG）和系统支持的API（__sync_*和Interlocked*函数），实现无锁数据结构，以提高并行计算效率。通过无锁队列的实现案例，展示了如何避免互斥锁带来的开销，实现高性能并发处理。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

（1）数据结构在多个线程间使用时，需要使用互斥锁来进行同步。

（2）互斥锁有一系列的缺陷

（3）架构CPU支持的汇编指令（CMPXCHG）和系统支持的API（__sync_*和Interlocked*函数），可以将比较和交换操作封装为原子操作（CAS,compare and swap），这是实现无锁数据结构的核心

参考资料：

用于并行计算的多线程数据结构，第 2 部分: 设计不使用互斥锁的并发数据结构

无锁队列的实现

John D. Valois 1994年10月在拉斯维加斯的并行和分布系统系统国际大会上的一篇论文——《Implementing Lock-Free Queues》

braveyly
关注
并发编程（三）： 使用C++11实现无锁stack（lock-free stack)
anzhsoft的技术专栏
02-13 2万+
本文使用C++11实现无锁的stack。 前几篇文章，我们讨论了如何使用mutex保护数据及使用使用condition variable在多线程中进行同步。然而，使用mutex将会导致一下问题 等待互斥锁会消耗宝贵的时间 — 有时候是很多时间。这种延迟会损害系统的scalability。尤其是在现在可用的core越多越多的情况下。 低优先级的线程可以获得互斥锁，因此阻碍需要同一互斥锁的高优先级线程。这个问题称为优先级倒置（priority inversion ）。 可能因为分配的时间
C++原子性实现无锁队列
晴天的专栏
09-05 1万+
转载于http://coolshell.cn/articles/8239.html 关于无锁队列的实现，网上有很多文章，虽然本文可能和那些文章有所重复，但是我还是想以我自己的方式把这些文章中的重要的知识点串起来和大家讲一讲这个技术。下面开始正文。 关于CAS等原子操作 在开始说无锁队列之前，我们需要知道一个很重要的技术就是CAS操作——Compare & Set，或是 Com
Implementing Lock Free Queues
11-01
无锁队列的C实现方法；作为备份；希望对别人有帮助
lock free queues
weixin_34268169的博客
08-20 138
无锁队列，下面链接是源码，包含4种队列：单生产者单消费者/多生产者多消费者，队列定长/不定长。元素建议为简单数据类型，复杂类型都采用指针形式。 queues-master.zip   源码来源：https://github.com/mstump/queues 我已实测，可用。...
＜Implementing Lock-Free Queues＞ -- Linked list Implementations
liangll的博客
01-27 875
Valois在94年写的文章，给出了用链表和数组实现的无互斥操作的FIFO Queue，并基于此给出了解决CAS所存在的ABA问题的方案。本文仅关注该文章中的Linded list Implementations部分。 一 概念和背景 Lock-Free数据结构的一个特征是较慢（slow）或者处于停止状态（stopped，例如被tracing的）的线程不会导致其他线程无法访问该数据结构实例。这里的表述需要和Non-blocking algorithm的概念结合起来理解，数据结构的Lock-Free强调对.
实现无锁的栈与队列(3)
weixin_33950035的博客
07-07 153
怎样实现一个无锁队列，网络上有很多的介绍，其中流传最广，影响最大的恐怕就属于以下两篇论文： a) "Implementing lock free queue" by John.D.Valois b)"Simple, Fast, and Practical Non-Blocking and BlockingConcurrent Queue Algorithms"byM.M. Mic...
ABA 问题和自旋开销是什么
最新发布
03-13
为了应对这种情况，《Implementing Lock-Free Queues》提出了几种策略来缓解 ABA 问题的影响： - 使用更长的数据结构来进行 CAS 检查，比如将指针与其版本号一起存储； - 或者采用带有时间戳的方式，每次更新都附带...
双buffer队列 c++
02-17
对于无锁队列的设计，《Implementing Lock-Free Queues》提出了基于节点内存引用计数的方法(refcnt)，以避免A-B-A问题的同时也解决了潜在的竞争条件[^2]。具体来说： - 当尝试从队列中移除一个元素前先增加该元素...
无锁并发队列
lianzhouxiaowu的专栏
09-18 376
参考论文Implementing Lock-Free Queues con_queue.hpp #ifndef CON_QUEUE_H_ #define CON_QUEUE_H_ #include <atomic> #include <vector> using namespace std; namespace eventsock{ template<typename T> class ConQueue{ private: T* .
无锁队列的实现
Hello World!
09-10 1432
原文 http://coolshell.cn/articles/8239.html 关于无锁队列的实现，网上有很多文章，虽然本文可能和那些文章有所重复，但是我还是想以我自己的方式把这些文章中的重要的知识点串起来和大家讲一讲这个技术。下面开始正文。 关于CAS等原子操作 在开始说无锁队列之前，我们需要知道一个很重要的技术就是CAS操作——Compare & Set，或是 Compa
多生产者多消费者问题的无锁队列实现
zxwsbg的博客
12-14 4145
背景 代码根据论文 Implementing Lock-Free Queues 复现。 背景知识博客：左耳朵耗子博客 https://coolshell.cn/articles/8239.html 代码地址：https://github.com/zxwsbg/lock-free-queue 无锁队列实现 数据结构介绍 按照论文中提到的两种方法，选了一种较优的方法实现。 以单向链表的形式实现这个队列，每个节点的数据结构为 class QueueNode { public: int
无锁队列 lock free queue
奥丁的博客
02-10 2607
来源： linux中的kfifo的解释 http://blog.youkuaiyun.com/linyt/article/details/5764312 无锁队列的实现-陈皓  http://coolshell.cn/articles/8239.html 无锁队列的概念： http://blog.youkuaiyun.com/xy010902100449/article/details/47045599
Lock Free (无锁并发)
weixin_30800987的博客
07-06 202
CAS( compare and swap) 原子操作，保证了如果需要更新的地址没有被其他进程(线程)改动过，那么它可以安全的写入。而这也是我们对于某个数据或者数据结构加锁要保护的内容，保证读写的一致性，不出现dirty data。可在循环中不断执行CAS，如果共享变量没有改变，那么swap，在当前环境中写入，否则继续do-while的Retry-Loop。 1 int compare_an...
C语言链表无锁化CAS,CAS无锁操作
weixin_35810223的博客
05-24 1331
主要讲的是《Implementing Lock-Free Queues》的论点，具体直接看论文最好。这里总结些要点。CAS就是Compare And Swap。gcc可以调用：__sync_bool_compare_and_swap这段代码讲出无锁的两个关键手段：EnQueue(x) //进队列{//准备新加入的结点数据q = new record();q->value = x;q->...
无锁数据结构lock-free 的 本质
oygg2008的专栏
09-05 1995
无锁算法的精髓在于 ，CAS(compare-and-swap)，它的本质思想是通过原子操作来实现 系统从一个状态进入另一个状态的改变。它的思想和普通的锁不同，普通的锁需要 先获得锁->修改系统状态->再释放锁这三个步骤来实现系统状态的改变，对普通锁的外部而言，只有锁被释放，其他过程才能看到状态的改变，而在锁没有释放前，其他等待的过程被操作系统调度给“定住”了。无锁算法 没有获得锁和释放
无锁队列的实现原理
鲜衣怒马楼兰月
07-17 6333
队列在计算机中非常重要的一种数据结构，尤其在操作系统中。队列典型的特征是先进先出（FIFO），符合流水线业务流程。在进程间通信、网络通信之间经常采用队列做缓存，缓解数据处理压力。结合自己在工作中遇到的队列问题，总结一下对不同场景下的队列实现。根据操作队列的场景分为：单生产者——单消费者、多生产者——单消费者、单生产者——多消费者、多生产者——多消费者四大模型。其实后面三种的队列，可以归纳为一种多对...
【原创】无锁编程技术及实现
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lockfree 的队列的实现
陈嘉怡的专栏
11-15 4552
一个高速无锁循环队列的实现。 需要注意的是: (1)队列的大小（m_lMaxQueueSize）应该足够的大，避免处理不过来时，找半天找不到空位置。 (2)还有一点是这种队列在push数据足够快时效率高点，不然pop时就阻塞了，改善的方式就是使用费阻塞的方式，判断几次没有就跳出去，还有这种队列也就在push数据足够快时效率高点，不然判断的次数就多了。 (3)使用了原子操作的锁 (4)需...
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