无锁编程:lock-free原理;CAS;ABA问题
2017-07-24 10:52
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定义
无锁编程是指在不使用锁的情况下,在多线程环境下实现多变量的同步。即在没有线程阻塞的情况下实现同步。这样可以避免竞态、死锁等问题。原理
CAS是指Compare-and-swap或Compare-and-SetCAS是一个原子操作,用于多线程环境下的同步。它比较内存中的内容和给定的值,只有当两者相同时(说明其未被修改),才会修改内存中的内容。
实现如下:
int compare_and_swap(int* reg, int oldval, int newval) { ATOMIC(); int old_reg_val = *reg; if (old_reg_val == oldval) *reg = newval; END_ATOMIC(); return old_reg_val; }
或
bool compare_and_swap(int *accum, int *dest, int newval) { if (*accum == *dest) { *dest = newval; return true; } else { *accum = *dest; return false; } }
返回bool值得好处是可以知道是否设置成功。
在实际环境中,使用的是:
bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval, type newval, ...) type __sync_val_compare_and_swap (type *ptr, type oldval, type newval, ...)
在使用CAS时,需要先获取操作变量的值并放到oldval中,之后调用cas函数,直到调用成功。例如给变量val赋值
while(true) { int oldval=val; if(__sync_bool_compare_and_swap(&val, oldval, newval)) break; }
ABA问题
在多线程环境中,使用lock-free的CAS时,如果一个线程对变量修改2次,第2次修改后的值和第1次修改前的值相同,那么可能就会出现ABA问题。以上面的例子为例:假设有两个线程P1和P2,P1执行完
int oldval=val后被其他线程抢占。P2线程在此期间修改了val的值(可能多次修改),但最终val的值和修改前一样。当P1线程之后运行CAS函数时,并不能发现这个问题。这就是ABA问题。
解决方法
一个常用的方法是添加额外的“tag”或“stamp”位来标记是指针是否被修改过。参考:
Compare-and-swap
ABA problem
作者:王中秋
出处:http://www.cnblogs.com/wangzhongqiu/
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分类:
java
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