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C++11实现无锁链表
2023-07-12 07:37:16 深夜i     --     --
C++ 无锁链表 实现 C++11 多线程

随着计算机科学的发展,许多人开始采用更高级的编程语言编写软件。其中,C++是一种非常流行的编程语言,因为它可以提供高效的功能和丰富的库。而C++11为这种编程语言带来了许多新的特性,其中最具有吸引力的特性之一是无锁编程。

无锁编程是指在不使用锁的情况下编写并发代码。这种编程方式是为了避免由于锁的互斥性而导致的线程阻塞,提高并行效率和程序性能的。在经典的并发编程中,锁在数据结构中是最常见的,而无锁链表是一种无锁并发数据结构。

在C++11中,可以使用原子操作的基本类型、标准库的 头文件和一些新特性来实现无锁链表。在无锁链表中,每个节点都拥有一个无锁的操作,这意味着在进行节点添加或删除操作时,其他线程也可以访问这个节点而不会导致阻塞。这通常需要使用类似于CAS(比较并交换)的原子操作,以确保节点的正确状态。

以下是一个简单的C++11无锁链表实现举例:


#include <atomic>

template <typename T>

class Node {

public:

  T value;

  std::atomic<Node<T>*> next;

};

template <typename T>

class LockFreeList {

public:

  LockFreeList() {

    head.store(nullptr);

  }

  void push(T value) {

    Node<T>* new_node = new Node<T>();

    new_node->value = value;

    Node<T>* current_head = head.load();

    do {

      new_node->next.store(current_head);

    } while (!head.compare_exchange_strong(current_head, new_node));

  }

  bool pop(T& value) {

    Node<T>* current_head = head.load();

    Node<T>* new_head;

    do {

      if (current_head == nullptr)

        return false;

      

      new_head = current_head->next.load();

    } while (!head.compare_exchange_strong(current_head, new_head));

    value = current_head->value;

    delete current_head;

    return true;

  }

private:

  std::atomic<Node<T>*> head;

};

在上面的代码中,我们使用`std::atomic`模板类定义了一个无锁的链表节点,并定义了一个无锁的链表类`LockFreeList`。在节点的结构中,使用了`std::atomic *> next`来表示下一个节点。在`LockFreeList`类中,我们首先初始化一个空的头节点,然后在`push`方法中,我们创建一个新的节点,并对头指针进行原子性的比较和交换操作,将新的节点插入到链表头部。在`pop`方法中,我们首先获取头节点,并对头指针进行原子性的比较和交换操作,将下一个节点作为新的头节点,并返回当前头节点的值。

在这个简单的例子中,我们使用无锁编程方法来实现了一个简单的链表,提高了并发性能和程序的性能。但是需要注意的是,在实际开发中,需要更加深入地了解原子操作和无锁编程的理论,以避免由于错误的实现而导致数据结构的不一致和内存泄漏等问题。

  
  

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