标签： 无锁

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如何使用 `SharedArrayBuffer` 和 `Atomics` 实现一个高性能的无锁队列 (`Lock-Free Queue`)？

好的，各位听众朋友们，大家好！今天咱们来聊点刺激的——用 SharedArrayBuffer 和 Atomics 打造一个高性能的无锁队列。保证让你的并发编程水平直接起飞！ 开场白：锁的烦恼 说到并发编程，那真是几家欢喜几家愁。欢喜的是，CPU利用率蹭蹭往上涨；愁的是，一不小心就死锁、数据竞争，Debug到天荒地老。传统的锁机制虽然能解决问题，但就像交通高峰期的收费站，效率低下，上下文切换开销巨大。所以，我们要寻找更高效的解决方案！ 主角登场：SharedArrayBuffer 和 Atomics SharedArrayBuffer 就像一块共享的内存区域，允许多个线程（或者Web Workers）直接访问同一块数据。这听起来很危险，对吧？别怕，Atomics 就是来保护我们的超级英雄。Atomics 提供了一系列原子操作，保证在多线程环境下对共享数据进行安全的操作，例如原子加、原子减、原子比较并交换等。 无锁队列：概念与原理 无锁队列，顾名思义，就是不需要锁也能安全地进行并发操作的队列。它的核心思想是利用原子操作来保证数据的一致性，避免锁带来的性能瓶颈。 设计思路：环形缓冲区 我们选 …

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Java `Disruptor` 框架：高性能无锁并发队列与事件驱动架构

各位观众老爷们，大家好！今天咱们来聊聊Java并发编程里的一位重量级选手——Disruptor！ 别被这名字吓到，它可不是什么科幻电影里的毁灭武器，而是一个高性能、无锁的并发队列框架。 它可以说是Java并发领域里的“速度之王”，尤其是在需要高吞吐量和低延迟的应用场景下，效果拔群。 Disruptor：并发队列界的“闪电侠” 想象一下，你是一家大型电商平台的服务器，每天要处理成千上万的订单请求。每个订单请求就是一个事件，你需要把这些事件放入一个队列，然后由后台的订单处理服务来消费。 如果你用的是传统的 BlockingQueue，在高并发的情况下，锁的竞争会成为瓶颈，导致性能下降。 这时候，Disruptor 就能派上大用场了。 Disruptor的核心理念是：通过预先分配内存、环形缓冲区、无锁算法等技术，最大程度地减少锁竞争，从而实现极高的并发性能。 Disruptor 的核心组件 要理解 Disruptor 的强大之处，首先要了解它的几个核心组件： Ring Buffer（环形缓冲区）: 这是Disruptor的核心数据结构，它是一个固定大小的数组，可以循环使用。 想象一下一个田径 …

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C++ 原子操作的无锁算法设计：非阻塞数据结构的高级实现

哈喽，各位好！今天咱们来聊聊 C++ 原子操作的无锁算法设计，这可是个既炫酷又实用的话题。想象一下，你的程序里一堆线程嗷嗷待哺，都想抢着访问同一个数据结构，如果用传统的锁，那就像排队上厕所，一个一个来，效率低到爆。而无锁算法就像给每个人发一个私人马桶，想上就上，谁也不耽误谁，这感觉是不是很爽？ 当然，无锁算法也不是那么容易驾驭的，它就像一匹野马，需要你用原子操作这根缰绳牢牢控制住。今天我们就来一起学习如何驯服这匹野马，设计出高性能的非阻塞数据结构。 1. 原子操作：无锁算法的基石 原子操作，顾名思义，就是不可分割的操作。在多线程环境下，原子操作要么全部执行，要么全部不执行，不会出现执行到一半被其他线程打断的情况。这就像你用支付宝转账，要么成功，要么失败，不会出现钱扣了，但对方没收到的情况。 C++11 引入了 <atomic> 头文件，提供了丰富的原子操作类型和函数。常用的原子操作包括： 原子读 (Atomic Load): 从原子变量读取值，保证读取到的值是最新的，不会出现数据撕裂。 原子写 (Atomic Store): 将新值写入原子变量，保证写入操作是原子的，不会出 …

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C++ 高性能日志系统：无锁队列与异步 I/O 的结合

哈喽，各位好！今天咱们来聊聊C++高性能日志系统，这可是个既实用又有趣的话题。想想看，你的程序辛辛苦苦跑了一天，出了问题你却两眼一抹黑，啥都不知道，那可不行！日志就是你的眼睛，帮你了解程序内部的运作情况，排查问题的时候也能事半功倍。 但是，传统的日志系统往往是性能瓶颈。每次写日志都要加锁，搞得线程们排队等待，效率低下。所以，我们要想办法搞一套高性能的日志系统，让它既能忠实地记录信息，又不会拖程序的后腿。 今天，我们就来探讨一下如何利用无锁队列和异步I/O，打造一个高性能的C++日志系统。 一、日志系统的基本架构：生产者与消费者模式 首先，我们要明确日志系统的角色： 生产者 (Producer): 负责生成日志信息。通常是程序的各个模块，它们在运行过程中产生各种事件，需要记录下来。 消费者 (Consumer): 负责将日志信息写入文件或其他存储介质。这是一个独立于生产者线程的任务，专门负责I/O操作。 这就是经典的生产者-消费者模式。生产者生产日志数据，消费者消费日志数据，中间用一个缓冲区来解耦。在高并发环境下，我们希望生产者尽可能快地生产数据，而消费者则异步地消费数据，避免I/O阻塞 …

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C++ 无锁环形缓冲区 (`Disruptor` 模式) 的 C++ 实现与性能分析

哈喽，各位好！ 今天我们来聊聊一个高性能的消息传递利器：C++ 无锁环形缓冲区，也就是常说的 Disruptor 模式。这玩意儿在并发编程领域可是个明星，能让你在多线程环境下安全又高效地传递数据，避免各种锁带来的性能损耗。 一、 什么是环形缓冲区？为啥要用无锁的？ 想象一下，你有一个固定大小的数组，数据就像流水一样，从一端流入，从另一端流出。当数据到达数组末尾时，它会绕回到数组的开头，就像一个环一样。这就是环形缓冲区。 优点： 读写操作简单高效，内存分配固定，避免了频繁的 new 和 delete，适用于高吞吐量的场景。 缺点： 容量固定，可能会出现缓冲区满或空的情况，需要合理的控制策略。 那为啥要用无锁呢？因为锁虽然能保证线程安全，但也会带来性能开销，特别是在高并发的情况下，锁的竞争会变得非常激烈，导致线程阻塞，降低整体吞吐量。无锁数据结构则利用原子操作等技术，避免了锁的使用，从而提高并发性能。 二、 Disruptor 模式的核心思想 Disruptor 模式的核心思想是： 预分配环形缓冲区： 预先分配好一块连续的内存空间作为环形缓冲区，避免了动态内存分配带来的开销。 单一写入者： …

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C++ 减少锁竞争：无锁数据结构与原子操作的优先级

C++ 减少锁竞争：无锁数据结构与原子操作的优先级 (讲座版) 大家好！今天咱们来聊聊C++里让人头疼又不得不面对的锁竞争问题，以及如何通过无锁数据结构和原子操作来优雅地解决它。 第一幕：锁，爱恨交织的家伙 在多线程的世界里，共享资源就像一块大蛋糕，谁都想咬一口。但是，如果大家都扑上去抢，蛋糕肯定会被弄得乱七八糟。为了保证蛋糕的完整性，我们引入了锁。 锁的作用很简单，就是让同一时间只有一个线程能访问共享资源。这就像给蛋糕加上了一把锁，只有拿到钥匙（锁）的线程才能享用。 #include <iostream> #include <thread> #include <mutex> std::mutex mtx; // 一把锁 int shared_data = 0; void increment() { for (int i = 0; i < 100000; ++i) { mtx.lock(); // 获取锁 shared_data++; mtx.unlock(); // 释放锁 } } int main() { std::thread t1(in …

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C++ Disruptor 模式：高性能无锁环形缓冲区实现

好的，没问题。 C++ Disruptor 模式：高性能无锁环形缓冲区实现 – 编程专家带你飞 各位观众，晚上好！我是你们的老朋友，今晚咱们来聊聊一个听起来高大上，用起来贼溜的玩意儿：Disruptor 模式。别害怕，这玩意儿不是什么黑魔法，它就是一个高性能的、无锁的环形缓冲区实现。说白了，就是个升级版的队列。 1. 啥是 Disruptor？ 想象一下，你是一个餐厅的厨师，需要不停地从食材仓库（生产者）拿食材，然后加工成菜品（消费者）。传统的做法是，你每次都跑去仓库，拿完食材再回来。如果仓库很远，或者食材种类很多，你就会累个半死。 Disruptor 就像一个传送带，食材从仓库源源不断地传到你面前，你只需要专心加工就行了。这个传送带就是环形缓冲区，而 Disruptor 模式就是一套围绕这个传送带优化性能的策略。 核心思想: 环形缓冲区 (Ring Buffer): 预先分配好一块连续的内存空间，像个甜甜圈一样循环使用。 无锁 (Lock-Free): 尽可能避免使用锁，利用原子操作保证线程安全。 Sequence: 用来追踪生产者和消费者的进度，协调它们之间的关系。 2 …

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C++ 线程池的伸缩性与性能优化：无锁队列与缓存对齐

好的，没问题！ 让我们开始吧！ C++ 线程池的伸缩性与性能优化：无锁队列与缓存对齐 大家好！今天我们来聊聊线程池，这个在并发编程中非常重要的组件。线程池的主要作用是管理和复用线程，避免频繁创建和销毁线程带来的开销，从而提高程序的性能和响应速度。但是，要设计一个高性能、高伸缩性的线程池可不是件容易的事。今天我们就重点讨论两个关键点：无锁队列和缓存对齐，看看它们是如何影响线程池的性能，以及如何利用它们进行优化。 线程池的基本概念 首先，我们简单回顾一下线程池的基本概念。一个典型的线程池通常包含以下几个部分： 任务队列： 用于存放待执行的任务。 线程集合： 维护一组工作线程，负责从任务队列中获取任务并执行。 线程管理器： 负责线程的创建、销毁和管理，以及线程池的伸缩。 简单来说，我们把需要执行的任务丢进任务队列，然后线程池里的线程会自己去队列里拿任务来执行。 为什么要关注伸缩性？ 伸缩性是指线程池根据任务负载动态调整线程数量的能力。一个具有良好伸缩性的线程池可以： 在高负载时，自动增加线程数量， 以快速处理大量的任务，避免任务堆积和响应延迟。 在低负载时，自动减少线程数量， 以减少系统资源 …

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C++ 无锁编程（Lock-Free Programming）：原子操作与内存模型

C++ 无锁编程：原子操作与内存模型，一场与锁的“分手”大戏 各位看官，咱们今天聊点刺激的——C++ 无锁编程。听到“无锁”俩字，是不是感觉像武侠小说里的高手，挥剑如风，不带一丝烟火气？ 确实，无锁编程的目标就是这么飘逸：在多线程环境下，让程序像黄河之水天上来的瀑布一样，奔腾不息，不受“锁”这种羁绊的束缚。 但等等，锁可是个好东西啊！它能保证共享数据的一致性，防止多个线程争抢资源导致数据混乱。那为什么要跟锁“分手”呢？ 原因很简单，锁这玩意儿，虽然安全可靠，但效率不高。 想象一下，高速公路上收费站，虽然井然有序，但总免不了堵车。锁就像收费站，线程必须排队等待，才能访问共享资源。 这就导致了上下文切换、线程挂起等开销，严重影响程序的性能。 所以，为了追求极致的性能，我们就要尝试拥抱无锁编程。但这可不是一件容易的事儿，搞不好就会掉进“数据不一致”的深坑。 原子操作：无锁编程的“独门秘籍” 想要玩转无锁编程，首先要掌握一项核心技能——原子操作。 啥是原子操作？简单来说，就是不可分割的操作。就像孙悟空的金箍棒，要么不砸，要砸就一棍子到底，中间不会停顿。 在多线程环境下，原子操作可以保证某个操作 …

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