标签： free

C++ Lock-free编程的Hazard Pointer与Reference Counting：解决资源回收的难题 大家好，今天我们来探讨一个在C++ Lock-free编程中至关重要的问题：资源回收。在无锁环境下，传统的互斥锁机制失效，直接导致内存管理变得异常复杂。如果处理不当，很容易出现内存泄漏、悬挂指针等问题。我们将深入研究两种常用的解决方案：Hazard Pointer和Reference Counting，并详细分析它们的原理、实现以及优缺点。 Lock-free编程与资源回收的挑战 在多线程编程中，数据竞争是导致程序出错的主要原因之一。为了避免数据竞争，我们通常会使用锁机制，例如互斥锁（mutex）。然而，锁机制本身也会带来一些问题，例如死锁、优先级反转、以及锁竞争导致的性能瓶颈。Lock-free编程旨在避免使用锁，从而克服这些问题。 Lock-free编程的核心思想是利用原子操作（atomic operations）来同步线程之间的数据访问。原子操作保证了操作的原子性，即操作要么完全执行，要么完全不执行，不会被其他线程中断。C++11及以后的版本提供了 <at …

继续阅读“C++ Lock-free编程的Hazard Pointer与Reference Counting：解决资源回收的难题”

C++ Lock-Free Ring Buffer：高频数据交换中的应用与内存对齐优化 各位朋友，大家好！今天我们来深入探讨一个在高性能并发编程中至关重要的数据结构：Lock-Free Ring Buffer。我们将从Ring Buffer的基础概念入手，逐步过渡到Lock-Free的实现，并结合高频数据交换的应用场景，最后讨论内存对齐优化对性能的提升。 一、Ring Buffer 的基本概念 Ring Buffer，又称循环缓冲区，本质上是一个固定大小的数组，但其读写操作遵循环形结构。当写入位置到达数组末尾时，会重新回到数组的起始位置；读取操作也类似。这种循环利用数组空间的方式，在数据生产者和消费者之间提供了一个缓冲区域，可以有效地解耦生产者和消费者的速度差异。 Ring Buffer 的关键优势在于： 避免内存分配与释放： 由于数组大小固定，避免了频繁的 malloc 和 free 操作，降低了系统开销。 高吞吐量： 读写操作通常是简单的数组索引操作，效率很高。 简单易懂： 结构相对简单，易于理解和实现。 一个简单的 Ring Buffer 实现（非 Lock-Free）如下： # …

继续阅读“C++实现Lock-free Ring Buffer：在高频数据交换中的应用与内存对齐优化”

C++ Lock-Free 数据结构：Wait-Free 与 ABA 问题的解决策略及 std::atomic 的应用 大家好，今天我们来探讨 C++ 中 lock-free 数据结构的设计与实现，重点关注 wait-free 性质的达成以及臭名昭著的 ABA 问题的解决。我们将深入研究 std::atomic 的应用，并通过具体代码示例展示如何构建高效且线程安全的并发数据结构。 一、Lock-Free, Wait-Free 与 Blocking 的区别 在并发编程中，保证线程安全至关重要。传统的线程同步机制，如互斥锁（mutex），属于 blocking 的范畴。这意味着一个线程在尝试获取锁时，如果锁已被其他线程持有，该线程会被阻塞，直到锁被释放。虽然简单易用，但 blocking 机制容易导致死锁、优先级反转等问题，并可能影响系统的整体性能。 与之相对，non-blocking 的数据结构则尝试避免线程阻塞。Lock-free 和 wait-free 是两种重要的 non-blocking 特性。 Lock-Free: 指的是系统中至少有一个线程能够持续取得进展。这意味着即使其他线 …

继续阅读“C++实现Lock-free数据结构：Wait-free与ABA问题的解决策略及`std::atomic`的应用”

哈喽，各位好！今天咱们来聊聊一个听起来就让人头大的话题：C++ Lock-Free 数据结构的形式化验证。别害怕，虽然听起来像在解高数题，但我们会尽量用大白话把它讲明白，目标是让大家听完之后，能对这个领域有个初步的了解，甚至能撸起袖子写几行验证代码。 为什么要折腾 Lock-Free？ 首先，咱们得搞清楚为啥要用 Lock-Free 数据结构。传统的加锁方式虽然简单粗暴，但性能瓶颈也显而易见。想象一下，一群人排队上厕所，一个人锁门，其他人干等着，效率能高吗？ Lock-Free 就像一群人一起上厕所，每个人都尽量不影响别人，这样总体效率就提高了。当然，实现起来也更复杂，更容易出BUG。 特性 加锁 (Lock-Based) 无锁 (Lock-Free) 并发 悲观并发 乐观并发 阻塞 会阻塞 不阻塞 实现难度 相对简单 复杂 性能 锁竞争时性能差 锁竞争少时性能好 死锁/活锁 存在 不存在 形式化验证：不能靠感觉，要靠数学！ Lock-Free 数据结构的难点在于并发环境下各种操作的交错执行。靠肉眼检查或者简单的单元测试，很难覆盖所有可能的执行路径。这就需要形式化验证出马了。 形式化验 …

继续阅读“C++ Lock-Free 数据结构的形式化验证：数学证明其正确性”