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C++无锁链表实现

2023-07-09 09:07:16 深夜i -- --

C++ 无锁链表实现

C++无锁链表是一种实现多线程数据结构的方法，它可以避免线程不必要的阻塞和资源争用，提高程序的性能和可伸缩性。在这篇文章中，我们将介绍如何使用C++代码实现无锁链表。

1. 无锁链表的基本概念

无锁链表是一种多线程数据结构，与传统锁链表不同的是，它不使用锁来实现数据的同步和互斥。在无锁链表中，每个节点都有一个指针指向下一个节点，同时还有一个版本号。当一个线程要修改链表时，它先获取链表的头节点，然后对头节点进行修改，如果对头节点修改成功，那就将头节点的版本号加1，同时将头节点的指针指向新节点。如果修改失败，则重新获取头节点并重复上述操作。

2. 实现无锁链表的C++代码

以下是一份简单的C++代码，用于实现无锁链表。


template<class T> 
class LockFreeQueue { 
  private: 
    struct node { 
      T data; 
      node* next; 
      unsigned version; 
      node(T const& data_):data(data_){} 
    }; 
    std::atomic<node*> head; 
    std::atomic<node*> tail; 
  public:
    LockFreeQueue():head(new node(T())),tail(head.load())
    
    ~LockFreeQueue(){ 
      while(node* old_head = head.load()) { 
        head.store(old_head->next); 
        delete old_head; 
      } 
    } 
    void push(T const& data){ 
      node* const new_node = new node(data); 
      node* old_tail = tail.load(); 
      for(;;){ 
        node* old_tail = tail.load(); 
        node* old_tail_next = old_tail->next; 
        if (old_tail == tail.load()){ 
          if (old_tail_next == nullptr){ 
            if(std::atomic_compare_exchange_strong( &old_tail->next, &old_tail_next, new_node)) 
              break; 
             
          }else{ 
             std::atomic_compare_exchange_strong(&tail, &old_tail, old_tail_next); 
          } 
        } 
      } 
      std::atomic_compare_exchange_strong(&tail, &old_tail, new_node); 
    } 
    std::shared_ptr<T> pop(){ 
      node* old_head = head.load(); 
      for(;;){ 
        node* old_head = head.load(); 
        node* old_tail = tail.load(); 
        node* old_head_next = old_head->next; 
        if (old_head == head.load()){ 
          if (old_head == old_tail){ 
            if (old_head_next == nullptr){ 
              return std::shared_ptr<T>(); 
            } 
            std::atomic_compare_exchange_strong(&tail, &old_tail, old_head_next); 
          }else{ 
            T val = old_head_next->data; 
            if(std::atomic_compare_exchange_strong( &head, &old_head, old_head_next)){ 
              return std::make_shared<T>(val); 
            } 
          } 
        } 
      } 
    }
};

3. 总结

C++无锁链表在多线程程序中有着广泛的应用，它是一种高效的数据结构实现方法，可以避免程序中出现的竞争问题和死锁现象。通过使用C++代码实现无锁链表，我们可以更加深入地理解多线程数据结构的实现方法，并且提高程序的可伸缩性和可靠性。希望这篇文章能够对大家学习C++多线程编程有所帮助。

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