用睡眠策略实现队列的无锁访问

在众多数据结构中，队列比较容易实现无锁访问，特别是单生产者和单消费者的多线程模型

队列存储结构

• 链表
• 连续存储(ring)

无锁访问，对于两种存储结构差异不大，仅需要在逻辑上探讨队列即可

无锁模型

• 一对一

即一个生产者，一个消费者。模型中仅有一个线程改变队列头或尾的标识，另外一侧仅读取标识

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无锁的基础

理论

• 分布式CAP不可同时满足

多线程也是一种内部的分布式，队列操作可放弃实时一致性，但仍可以满足最终一致性

• 按照机器字读内存或写内存单条指令，机器结构保证原子性

队列数据结构特点

• 队列读&写队头、队尾多步操作序列竞争
• • 在一对一的模型下，不存在读&写多步操作序列竞争
• 读(Head)&读(Tail)，或读(Tail)&读(Head)多步操作序列判断队列空、满状态竞争

无锁竞争处理策略

• 睡眠合理的间隔时间

因为队列数据结构本身就有缓冲的作用，队列空或满时，可放弃实时一致性，但仍可以满足最终一致性

在下一次队列处理时，能够补救，睡眠策略是合理的

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扩展队列无锁编程

对于队列两头处理速度不匹配的场景，需要采用一对多或者多对一的生产者和消费者模型；但是，仅需在多的队列一头用锁进行保护，避免队列处理错误

在更高层来看，一头用锁后，逻辑上可以看做那个“一”，也是广义上的一对一了 😃

有锁竞争处理策略

• 自旋锁

在实时性要求非常高的情况下使用

用队列缓冲，实时性本身就不太高，自旋锁应尽量避免使用

• 临界区加锁后，用double check惯用法，重复确认队列满或空的条件后，选择等待通知

double check为线程同步编程惯用法

睡眠无锁策略的评估

在实时性上，睡眠策略弱于自旋锁和线程同步处理，但是比较实用。考虑到无锁带来的优势：生产者和消费者并行的充分提高，实际上可以抵消掉这方面的不足！

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求评价

欢迎指导和指教 😃