无锁代码中的延迟初始化

Lazy initialization in lock free code

本文关键字：延迟 初始化 代码      更新时间：2023-10-16

假设我有一个原子指针：

std::atomic<void*> mItems;

在一个函数中，当一个线程需要访问它时，它首先检查它，如果它是空的，线程将为它分配内存：

void* lItems = std::atomic_load_explicit(&mItems, memory_order_relaxed);
if(lItems == nullptr)
{
    void* lAllocation = malloc(...);
    if(!std::atomic_compare_exchange_strong_explicit(
        &mItems, 
        &lItems, 
        lAllocation, 
        memory_order_relaxed, 
        memory_order_relaxed))
    {
        free(lAllocation);
    }
}
    ...

但是，如果 N 线程并发运行此方法并发并看到mItems等于 null，则它们都将分配内存，其中 N - 1 个将再次释放。

我如何用更好的方法编写类似的方法。

我想你可以让指针成为你的互斥锁，使用一些众所周知的值(比如全局的地址(作为其他线程已经在做分配的标志。

因此，您的值为：NULL ->神奇的"分配正在进行"指针 ->实际分配。

代码将执行以下操作：

  • 加载地址：它将具有以下值之一：
    1. 空：具有魔法值的 CAS
      • 中科院成功了吗？如果是，我们正在进行分配，每个人都知道
        • 进行分配，存储新地址，我们就完成了(不必对其进行 CAS，因为我们已经保证了第一个 CAS 的排除(
      • 不，然后其他人正在分配，回到 1
    2. 地址不是空，而是魔术值
      • 所以有人已经在进行分配 - 只需等到它发生变化，然后使用最终值
    3. 既不是 NULL 也不是魔法，所以它已经是一个真正的分配值 - 只需使用它

这样，只有一个线程执行分配，但其他 N-1 线程可能正忙于等待。这是否真的更好会有所不同...

据我所知，一旦第一个线程执行您的函数，您就需要该结构，那么在启动任何线程之前移动分配怎么样？我的意思是，重新排列代码，以便使用原子指针作为参数调用您的函数，并且在生成任何调用您的函数的线程之前分配结构(如果分配失败，您还可以避免创建任何线程(

像这样：

std::atomic<void*> mItems;
void func_that_uses_mItems();
int main()
{
    mItems = init_struct();
    std::thread t1 { &func_that_uses_mItems };
    std::thread t2 { &func_that_uses_mItems };

    // ... join with or detach threads ...
    return( 0 );
}

如果分配失败，则会引发异常，并且不会启动任何线程。

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