没有锁的线程之间的并发？ [关闭]答案

【问题标题】：Concurrency between threads without locks? [closed]没有锁的线程之间的并发？ [关闭]
【发布时间】：2013-01-22 10:58:30
【问题描述】：

我被问到如何在不使用锁的情况下实现线程之间的并发，给定无限的内存。我尝试查找它，但找不到不使用任何锁的答案。这应该是可能的......

【问题讨论】：

投票结束不是一个问题，你应该谷歌lock-free programming。
我不明白为什么这不是一个问题。问题是“在无限内存的情况下，如何在不使用锁的情况下实现线程之间的并发？”。如，将使用什么方案？读写是如何工作的？
如果是这个问题，你应该把这个问题放在你的问题中。
问题通常不是并发；现代多核 CPU 提供了这一点。问题通常是线程之间的同步，同时它们共享相同的内存，这是一个更难的问题。

标签： c++ c multithreading operating-system thread-safety

【解决方案1】：

大多数现代 CPU 支持一组原子操作，可用于协调对数据的无锁访问（这些 CPU 指令通常用于实现锁定库函数）。例如，Sun Ultrasparcs 有一条比较与交换 (CAS) 指令：要使用它，您首先通常将内存地址读入 CPU 寄存器，然后计算所需的新值，然后使用 CAS - 指定原始值和新值；当且仅当内存内容仍然是原始值时，新值才会写入该内存。因此，这并不能防止竞争条件导致您的更新尝试失败，但它可以让您检测到该失败，然后确定如何处理它。通常，您循环并重试 - 首先在您计算新值并尝试更新时读取其他线程写入该内存的任何值。

这可能有点令人困惑，所以让我们举一个更具体的例子。假设您需要计算所有线程完成的操作数 - 您可以在线程启动之前将计数器设置为 0，然后让每个线程使用 do { read/add-1/CAS } while (failure) 逻辑来增加计数器。

【讨论】：

我的主要困惑：如果您检查该值并且自上次读取以来它已更新，则循环。这个值怎么可能在下一次迭代中没有更新？我是否误解了我们在下一次迭代中所做的事情？我们还在读取相同的值吗？或者可能是它的不同版本？
多核 CPU 实现了cache coherence protocol，它确保对高速缓存行的写入和读取将在核心之间保持一致。通常编译器的工作是把你的语言的内存模型翻译成 CPU 的内存模型，所以你不必太担心。
@ZeBlob：经常，但这确实取决于您在哪个系统上工作。例如 - Sun 工作站可能有多个 CPU，并且显式机器代码指令充当内存屏障来协调指定的同步。在 C++03 的情况下，没有提到线程安全，程序员需要了解他们的系统和编译器的行为。
@user1136342：是的——你误会了。让我们更明确地看一下递增共享计数器的例子：逻辑基本上是do { int proposed = shared_counter + 1; success = cas(shared_counter, proposed); } while (!success);。如果另一个线程在读取proposed = ... 中的shared_counter 之间更新，那么cas 将失败，您将循环读取更新的shared_counter - 它可能包含来自任意数量的其他线程的任意数量的增量，但是您将获得当前值，然后如果您赢得更新它的比赛，您可以继续。

【解决方案2】：

这是完全可能的，而且非常简单，只要线程：

不共享任何数据或
共享数据，但只从共享的数据中读取而不写入。

但是，一旦涉及到写入共享数据，事情就会变得复杂。这是你需要start reading up的地方。

【讨论】：

【解决方案3】：

您可以查看软件事务内存 (STM)。线程可以通过可以检查冲突的事务来更新共享内存，而不是锁定。

【讨论】：