无锁并发方法

最新推荐文章于 2024-07-09 18:36:03 发布
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1、ThreadLocal，每个线程保存自己的共享对象。

 

2、CAS，参数有三个 (待更新变量的当前值, 预期值, 待更新的新值)。

  CAS的全称为Compare-And-Swap，是一条CPU的原子指令，其作用是让CPU比较后原子地更新某个位置的值，经过调查发现，其实现方式是基于硬件平台的汇编指令，就是说CAS是靠硬件实现的，JVM只是封装了汇编调用，那些AtomicInteger类便是使用了这些封装后的接口。

 

 

 

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并发编程——共享模型之无锁
一只奋斗的程序羊博客
08-07 724
目录 一、并发编程无锁案例 无锁高效率 二、CAS（compareAndSet） CAS和volatile的关系 CAS的特点 三、ABA问题 解决 四、CAS操作的原子类 原子整数 原子引用 原子数组 字段更新器 原子累加器 五、原子累加器 原子累加器与原子整数的性能比较 六、原子累加器LongAdder原理 LongAdder类有几个关键域 CAS锁 伪共享 LongAdder源码 七、Unsafe Unsafe的CAS操作实现 一、并发编...
如何实现无锁并发：深入理解CAS原理
微笑听雨
05-22 7482
CAS（Compare and Swap）是一种原子操作，用于实现多线程环境下的无锁并发控制。CAS操作包括三个参数：内存位置（变量的地址）、预期值和新值。比较：比较内存位置的当前值与预期值是否相等。交换：如果相等，则将内存位置的值更新为新值。失败：如果不相等，则不进行任何操作，通常会重试操作直到成功。
Lock Free (无锁并发)
weixin_30800987的博客
07-06 218
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...
无锁的并发编程
CoryXie的专栏
02-03 2805
无锁的并发编程   原著：KeirFraser, Tim Harris 原名：ConcurrentProgramming Without Locks 原文：http://research.microsoft.com/en-us/um/people/tharris/papers/2007-tocs.pdf 翻译：CoryXie   摘要：互斥锁仍然是共享内存数据结构的并发控制机制事实
JUC-无锁并发（CAS/volatile）
weixin_47251999的博客
01-18 412
知识储备 主内存与工作内存 Java内存模型的成员变量都存储在主内存（Main Memory）（也就是堆和方法区内存）中，此外每条线程都有自己的工作内存（Working Memory）（也就是栈内存）。 线程对成员变量操作： 从主内存中拷贝变量到自己的工作内存 ①> 对变量进行操作后 ②> 将操作后的值写入主内存。 volatile 本质： volatile 保证了临界值能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新。而普通变量做不到这点。（只是在上述①、②过程中实现实时同步，并不是直接修
并发编程之无锁
不一样的花朵的博客
02-16 821
并发编程之无锁6.2 CAS与volatile 6.2 CAS与volatile 其中的关键是compareAndSet，它的简称就是CAS（也有Compare And Swap的说法），它必须是原子操作。 注意 其实CAS的底层是lock cmpxchg指令（X86架构），在单核CPU和多核CPU下都能够保证【比较-交换】的原子性。 在多核状态下，某个核执行到带lock的指令时，CPU会让...
Disruptor-无锁并发框架
core815的专栏
07-09 1070
Disruptor-无锁并发框架
cpp-一个快速多生产者多消费者的C11无锁并发队列
08-15
标题中的“cpp-一个快速多生产者多消费者的C11无锁并发队列”指的是一个用C++11标准编写的高效并发数据结构，特别设计用于支持多个生产者线程和多个消费者线程同时访问的无锁并发队列。这种队列在多线程环境中非常...
C语言的快速多生产者、多消费者无锁并发队列_A fast multi-producer, multi-consumer
09-02
无锁并发队列作为一种高效解决多线程协作问题的数据结构，在现代计算机系统中扮演着核心角色。 无锁并发队列的设计目标是在多生产者和多消费者的环境中，提供一种无需使用传统锁机制的同步手段，从而尽可能减少线程...
Go select与原子操作：实现高效的无锁并发控制（无锁并发控制实践）
无锁并发控制是并发编程中一个高级技术，其目标是减少或完全避免使用互斥锁，从而提升并发性能和减少死锁的可能性。在这一章节中，我们将介绍无锁并发控制的基本概念，以及它在现代软件开发中的重要性。 ## 1.1 ...
五、无锁并发
yuigjjhgjh的博客
01-26 1058
为了实现多个线程对变量累加,如果一个线程就用base,多个线程就创建数组,每个线程对数组中自己独有的元素进行累加,最后把数组取和就行。
C++ 并发中的无锁编程
Peace
07-05 637
基础预备：c++ automic类型以及c++内存模型 https://blog.youkuaiyun.com/qq_35865125/article/details/105611985 https://blog.youkuaiyun.com/qq_35865125/article/details/106936081 资料1： 《C++ concurrency in action, second editon》by Anthony Wiliams, chapter 7, 有网友做了中文翻译：https://...
Java 并发编程_无锁并发
weixin_48922154的博客
04-10 1740
文章目录1. 无锁解决线程安全问题2. CAS与volatile3. 原子整数4. 原子引用4.1 ABA问题4.2 AtomicStampedReference4.3 AtomicMarkableReference 1. 无锁解决线程安全问题 举例： package top.nnzi.concurrent.chapter02; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.concurrent.atomic.Ato
多线程(四) -- 无锁(一) -- CAS无锁并发
weixin_39724194的博客
07-20 454
前言 CAS，Compare And Swap，即比较并交换。Doug lea大神在同步组件中大量使用CAS技术鬼斧神工地实现了Java多线程的并发操作。整个AQS同步组件、Atomic原子类操作等等都是以CAS实现的，甚至ConcurrentHashMap在1.8的版本中也调整为了CAS+Synchronized。可以说CAS是整个JUC的基石。 CAS分析 比较并交换： 比较当前工作内存中的值和主内存中的值，如果这个值是期望的，那么就执行，如果不是，就一直循环（自旋锁）。 代码示例： 在CAS中有三个
Java并发(四)---无锁
偶滴博客
02-24 589
目录一、CAS & volatile二、原子整数二、原子引用1.ABA问题2.AtomicStampedReference3.AtomicMarkableReference三、原子数组四、字段更新器五、原子累加器1.伪共享2.LongAdder源码add方法longAccumulate方法sum方法六、Unsafe1.Unsafe CAS操作 一、CAS & volatile JUC提供的多个类，类中的方法内部并没有用锁来保护共享变量的线程安全。 而是采用了CAS（compareAndSet
JUC之无锁并发（乐观锁）
两米以下皆凡人的博客
02-13 770
文章目录1、引述2、CAS 与 volatile3、原子整数4、原子引用4.1、AtomicReference4.2、ABA问题4.3、AtomicStampedReference4.4、AtomicMarkableReference5、原子数组5.1、不安全的实现5.2、安全的实现6、字段更新器7、原子累加器7.1、累加器性能比较7.2、LongAdder源码7.2.1、CAS实现锁7.2.2、Cell7.2.3、自增源码跟踪7.2.4、sum8、Unsafe8.1、获取8.2、实现CAS8.3、实现原子
无锁机制实现并发访问
weixin_30306905的博客
05-18 253
对于并发控制而言， 锁是一种悲观的策略。它总是假设每一次的临界区操作会产生冲突，因此，必须对每次操作都小心翼翼。如果有多个线程同时需要访问临界区资源，就宁可牺牲性能让线程进行等待，所以说锁会阻塞线程执行。 而无锁是一种乐观的策略，它会假设对资源的访问是没有冲突的。既然没有冲突，自然不需要等待，所以所有的线程都可以在不停顿的状态下持续执行。那遇到冲突怎么办呢...
《并发编程》--20.无锁的并发策略（比较交换 CAS）
不如养猪！
09-27 700
与锁相比，使用比较交换（CAS）会使程序看起来更加复杂一些，但由于其非阻塞性，他对死锁天生免疫，并且，线程间的相互影响也远远比基于锁的方式要小。更为重要的是，使用无锁的方式完全没有锁竞争带来的系统开销，也没有线程间频繁调度带来的开销，因此，他要比基于锁的方式拥有更优越的性能。 CAS算法的过程是这样：他包含三个参数CAS（V,E,N）。V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。当V值等于E值
JAVA并发Day4 无锁
Hack_ZZQ
07-18 398
无锁的原理详解 CAS CAS算法的过程是这样：它包含3个参数CAS(V,E,N)。V表示要更新的变量，E表示预期值，N表示新值。仅当V 值等于E值时，才会将V的值设为N，如果V值和E值不同，则说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么 都不做。最后，CAS返回当前V的真实值。CAS操作是抱着乐观的态度进行的，它总是认为自己可以成功完成 操作。当多个线程同时使用CAS操作一个变量时，只有一个会...
无锁并发算法设计
最新发布
11-01
<think>我们正在讨论无锁并发算法的设计方法和要点。根据之前的对话历史，用户已经接触过无锁编程的基本概念和挑战（如内存顺序、ABA问题等），现在希望深入了解设计方法和要点。 结合站内引用，特别是引用[1]、[4]关于Rust无锁并发和原子操作的详细说明，以及引用[3]中高并发系统的设计原则，我将从以下方面组织回答： 1. **设计方法论**： - 如何从问题分解到选择原子原语 - 基于状态机的算法设计（如队列/栈） 2. **关键实现要点**： - 原子操作的选择（CAS/LL-SC等） - 内存顺序的精细控制 - 解决ABA问题的实践方案 3. **性能调优策略**： - 降低CAS冲突概率的技巧 - 后备策略（如指数退避） 4. **调试与验证**： - 形式化验证实践 - 压力测试设计 回答中将包含： - Rust原子类型的代码示例（来自引用[1]） - 内存顺序选择策略表格（扩展引用[4]内容） - 无锁队列的算法步骤分解 最后生成3个相关问题，覆盖ABA问题解决方案、内存顺序优化案例、以及无锁结构的形式化验证方法。 </think>基于引用内容，无锁并发算法的设计要点及方法如下： --- ### 一、设计核心方法 1. **原子操作替代锁** 使用CPU级原子指令（如CAS、LL/SC）代替传统锁机制，消除线程阻塞： ```rust // Rust原子CAS操作示例[^1] pub fn compare_exchange( &self, current: usize, new: usize, success: Ordering, failure: Ordering ) -> Result<usize, usize>; ``` - **原理**：通过硬件支持的原子性保证多线程竞争安全 - **优势**：避免锁竞争导致的上下文切换开销 2. **状态机建模** 将共享数据视为状态机，所有操作必须是原子的状态迁移： $$ S_{new} = F(S_{old}, \text{op}) $$ - 每个线程通过CAS尝试更新状态 - 失败时重新读取状态并重试 --- ### 二、关键设计要点 1. **内存顺序控制** | 内存序语义 | 适用场景 | 性能代价 | |------------------|---------------------------|----------| | `Relaxed` | 统计计数等非关键操作 | ★☆☆☆☆ | | `Acquire-Release`| 发布订阅模式 | ★★☆☆☆ | | `SeqCst` | 全局状态同步 | ★★★★★ | （根据HarmonyOS指南[^4]优化选择策略） 2. **ABA问题防御** - **方案1**：带标签指针（Tagged Pointer） ```rust struct Node { value: usize, version: AtomicUsize, // 每次修改递增版本号 } ``` - **方案2**：危险指针（Hazard Pointer） 延迟释放内存，确保不会复用相同地址 3. **可重入设计** 通过线程ID标记实现可重入性（类似Java ReentrantLock[^2]）： ```c struct Lock { owner_thread_id: AtomicUsize, count: AtomicUsize // 重入计数器 } ``` --- ### 三、典型设计模式 #### 1. Lock-Free队列实现 ```rust // Rust无锁队列核心逻辑[^1] struct Queue<T> { head: AtomicPtr<Node<T>>, tail: AtomicPtr<Node<T>>, } impl<T> Queue<T> { fn enqueue(&self, value: T) { let new_node = Box::into_raw(Box::new(Node::new(value))); loop { let tail = self.tail.load(Ordering::Acquire); // CAS更新尾指针 if let Ok(_) = self.tail.compare_exchange(...) { break; } } } } ``` **关键点**： - 头尾指针分离降低竞争 - 通过循环CAS处理并发冲突 #### 2. 高并发计数器 ```rust // 分布式计数器设计（参考高并发系统[^3]） struct ShardedCounter { shards: Vec<AtomicUsize>, // 分片计数 } fn increment(&self) { let idx = thread_id % shard_count; self.shards[idx].fetch_add(1, Ordering::Relaxed); // 松散内存序 } ``` **优化**： - 分片消除热点 - `Relaxed`内存序提升性能 --- ### 四、设计验证要点 1. **形式化验证** 使用TLA+或Rust的Miri检查内存安全 2. **压力测试** - 百万级线程并发测试 - 注入随机延迟模拟极端场景 3. **性能监控** - CAS成功率指标 - 缓存一致性流量（如Cache Miss率） ---
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