操作手册并发中使用拆分引用计数实现无锁堆栈

Posted 2023-02-22

【中文标题】操作手册并发中使用拆分引用计数实现无锁堆栈

【英文标题】：Implementation of lock free stack using split reference count in the concurrency in action book

【发布时间】：2017-04-26 15:11:49

【问题描述】：

在 Anthony williams 的 Concurrency in action 书中，他使用拆分引用计数实现了无锁堆栈。在头节点的初始加载之后。这里他使用方法调用increase_head_count，它在下面的代码中列出。

counted_node_ptr old_head = head.load();
increase_head_count(old_head);

void increase_head_count(counted_node_ptr& old_counter)

    counted_node_ptr new_counter;

    do
    
        new_counter = old_counter;
        ++new_counter.external_count;
    
    while (!head.compare_exchange_strong(old_counter, new_counter));

    old_counter.external_count = new_counter.external_count;
  

完整的实现可以在这个链接https://github.com/subjam/concurrency-in-action/blob/master/ch7/stack_ref.cpp找到。

我的问题是，如果出现多个线程尝试同时执行 pop() 并且所有线程都读取头节点，然后只有一个线程执行直到结束，其他线程开始执行此功能之后此实现如何工作的场景。

我在这里被困了很长一段时间，如果有人能帮助我理解这一点，我会很高兴。

【参考方案1】：

如果在 while 子句中，old_counter 仍然等于 new_counter，则 head 设置为 new_counter。任何时候都成功的单线程就是这种情况。

对于同时访问此方法的其他线程， compare_exchange_strong() 返回 false 导致循环迭代。但是，它也会将 head 复制到 old_counter 的内容上。

这意味着在这些其他（不成功的）线程的下一个循环中，old_counter 已更新为 head 的当前内容。

【讨论】：

感谢您的回答..我对此没有什么疑问..说两个线程来执行 increase_head_count 函数，一个在开始时被挂起。现在一个线程将一直执行，甚至删除 old_node 指针（参见链接中给出的完整实现）现在当挂起的线程唤醒时，它不会抛出异常（无效内存或类似的东西） ) 执行 ++new_counter.external_count 时；代码，因为它引用了已删除的节点（通过第一个线程）。

第一个线程（一直通过方法 increase_head_count() ）将在删除之前控制 head。它会在删除之前尝试将其从堆栈中删除。当它成功从堆栈中移除时，第二个线程（在 increase_head_count() 中唤醒）将没有任何对 head 的引用。正如我上面所说，old_counter 现在将更新为指向新的head，因此它不会尝试访问任何已删除的节点。

我对这段代码的担忧是，如果第一个（成功的）线程获得了最后一个推送节点的控制权，并且head 现在指向原始counted_node_ptr，代码（在方法@第二个线程的 987654328@) 不会尝试删除此 head，因为 ptr 是 NULL。不删除头部将允许在counted_node_ptr 内循环的所有辅助线程离开pop 返回一个空值T。但是 ptr 的原始值 head 不能保证是 NULL，因为没有构造函数它不会被初始化。