《c++并发编程实战解析》 无锁数据结构 doubly-buffered-data

多线程环境设计数据结构相比单线程，需要额外注意的是利用多线程提升并发度同时保持数据结构不变性，即满足如下两个原则：

1、正确性，保证多线程并发访问没有 data race

2、性能，保护最小的数据，提供最大的性能

《c++并发编程实战》提供了一种【无锁数据结构】，注意这里无锁的含义不是真正无锁，而是利用数据结构特性保证运行时并发抢锁的线程数量最小，达到一种常态下访问数据结构不被锁阻塞的状态

使用场景：

1、读远多于写

2、数据小，一般最大为几K字节的元数据

3、数据可以应用到一致性状态机，即byte级别判断为相等的两份数据，执行同种操作后仍保持一致

和传统读写锁的区别和优势：single unix的读写锁要求有线程在获取写锁阻塞时，后续读锁阻塞，从而防止写锁被饿死，这样造成了一个后果，若有写请求到来，则写操作完成前，无法处理新的读请求，从而造成系统【颠簸】，在有写请求的时候对外表现为性能下降，读延迟增加。DoublyBufferData将数据保存两份，分成前端和后端，读请求读前端，写请求到来写后端，用c++11  memory_order语义保证写请求完成后新的读请求可以立刻读取最新的结果同时无data race，是一种典型的【空间换时间】模式

数据结构图示：

原理描述：

1、DoublyBufferedData中包含foreground和background两份数据，index值为0或1，指示读请求应该访问的数据，如index为0表示此时应该读取data0，data0是只读的，因此多线程访问不需要并发保护，这里是无锁的

2、当有线程请求修改，首先根据 !index 获取background并做修改，background没有读者，因此这里可以放心修改，修改完成后，data0是旧数据，data1是新数据，使用memory_order_release语义修改index = !index，这样后续使用memory_order_acquire语义访问index的线程可以看到修改（inter-thread的sychronization-with关系）

3、对于此前正在访问data0的线程，通过遍历wrappers可以得到这些线程各自对应的wrapper，进而等待所有这些线程访问结束

4、到这里，所有之前读data0的请求都结束了，所有后续的读请求都请求到data1，此时可以放心的修改data0，从而完成一次修改操作

代码：

1、DoublyBufferedDataWrapperBase：

提供线程私有存储的ABC类，T是数据类型，TLS用于线程私有存储，可用于保存上下文，没有特殊要求不需要使用TLS

template <typename T, typename TLS>
class DoublyBufferedDataWrapperBase {
public:
    TLS& user_tls() { return _user_tls; }
protected:
    TLS _user_tls;
};

2、Wrapper：

每个线程使用一个