C++无锁队列Queue实现
2023-06-24 12:03:25
深夜i
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C++
无锁队列
Queue
并发编程
多线程编程
C++无锁队列是一种非常高效的数据结构，它是一种基于原子操作的多线程并发数据结构。这种数据结构在各种高性能的多线程应用中被广泛使用，比如网络通信、高并发服务器等。
无锁队列最重要的特点是没有任何锁机制保护队列，因此可以避免锁竞争所带来的性能损失。它主要包括“读写分离”和“ABA问题”两大难点。
在C++中，我们可以使用atomic来实现无锁队列。atomic是一个C++11引入的特性，它提供了原子操作的实现。无锁队列Queue的实现可以使用两个指针来表示队列的头尾，也就是类似于一个循环队列。
在使用无锁队列时，我们需要解决ABA问题。ABA问题是指，在多线程并发操作情况下，如果一个线程先读取一个值A，然后另外一个线程将这个值改为B，再把它改回A，那么第一个线程如果不加判断就会认为这个值没有变化。为了解决ABA问题，我们需要利用std::atomic中的std::atomic_compare_exchange函数，每一次改变值都需要将当前的值和编号比对，只有一致才更新，避免了ABA问题的发生。
无锁队列在实现过程中还需要考虑读写分离的问题。读写分离的思想主要是利用指针和计数器来表示读写操作的状态。通过这种方式，可以减少不必要的锁竞争和不必要的操作，提高并发处理的效率。在无锁队列中，我们可以将指针定义为std::atomic_ptr_t类型，同时还需要对读写计数器进行声明，利用奇偶数来区分读写状态。这样，可以让读操作和写操作达到真正的读写分离，并可以有效避免ABA问题。
总之，C++的无锁队列在现代高并发应用中具有重要的作用，它可以避免锁竞争和ABA问题，提高并发性能和吞吐量。对于需要高性能的多线程应用，无锁队列是一个非常有效的数据结构。
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