19、原子操作：同步的基础

原子操作：同步的基础

1. 原子编程中的内存回收问题

在原子编程里，内存回收是个常见问题。以多线程操作队列为例，若线程操作不当，像一个线程释放了某个节点的内存，而另一个线程还在引用该节点，就会引发程序崩溃。比如下面两种情况：
- 线程“唤醒后执行某操作，结果指针指向无效内存，导致程序崩溃。
- 线程“执行到某行被暂停，线程#完成一系列操作并释放了头节点内存，操作系统覆盖了线程“指向的内存，线程“唤醒后继续操作就会崩溃。

Michael和Scott提出了一种内存管理方法，即创建一个空闲列表（free list）。不直接删除节点，而是将其移到空闲列表中，后续再进行重用或删除。空闲列表可以是线程本地的，这样能避免昂贵的同步操作，但要确保不同线程的本地空闲列表不会有相同的指针，这有一定难度。

2. 修正错误队列的方法

文献中提到了四种修正错误队列的内存回收方法：
| 方法 | 描述 | 优点 | 缺点 |
| — | — | — | — |
| 基于静止状态的回收（QSRB） | 应用程序标记静止期，在此期间允许进行内存回收 | 速度快，线程同步需求少 | 难以确定用户空间的自然静止期，信号错误会导致数据竞争 |
| 基于时代的回收（EBR） | 应用程序通过中间层与存储交互，中间层存储足够信息来确定合适的回收时机 | 比QSRB更自动化 | 需要在数据访问前后进行同步操作 |
| 基于危险指针的回收（HPBR） | 每个线程维护一个危险指针集合，标记哪些指针在回收时是危险的 | 回收内存速度快 | 实现负担重，内存开销大 |
| 无锁引用计数（LFRC） | 指针附带一个原子计数器，