免等待或无锁初始化

Wait-free or lock-free initialization

本文关键字：初始化 等待      更新时间：2023-10-16

我一直在研究延迟初始化（比方说 - 全局变量，但它可能是任何东西）。到目前为止，我想出的是这样的

enum state {
    uninitialized,
    initializing,
    initialized
};
state s;
char memory[sizeof(T)];
T& initialize() {
    auto val = compare_and_swap(&s, state::uninitialized, state::initializing);
    if (val == initialized)
        return *(T*)memory;
    if (val == initializing) {
        while(atomic_read(&s) != state::initialized);
        return *(T*)memory;
    }
    new (memory) T();
    atomic_write(&s, state::initialized);
    return *(T*)memory;
}

如果它已经被初始化，那么它是无等待的。但是我对一个线程正在初始化的情况有问题。完成初始化或等待初始化完成所需的步骤数与线程数不成比例。但是，如果初始化线程暂停，则其他线程都必须任意等待，直到它恢复。因此，在一般情况下，它不是无锁定或无等待的。

是否可以创建免等待或无锁的延迟初始化？

如果你愿意初始化多个对象，那么你可以通过只存储一个指针来制作无锁代码：

std::atomic<T *> p { nullptr };
T & get()
{
    T * q = p.load();
    if (!q)
    {
        T * r = new T;
        if (p.compare_exchange_strong(q, r))
        {
            return *r;
        }
        else
        {
            delete r;
            return *q;
        }
    }
    return *q;
}

无锁算法的代价是，你一般要"试一试就失败"，所以即使不得不丢弃结果，也要付出本地尝试的代价。

正如您正确指出的那样，如果只有一个线程执行初始化，则始终依赖于该单个线程，并且您不能无锁。

如果析构函数有副作用，您还需要相应的清理代码：

delete p.exchange(nullptr);
我认为在

一般情况下两者都是不可能的。如果你在全局初始化过程中这样做，在调用 main 之前和创建线程之前，那么你就有机会。怎么可能是无等待或无锁的？

如果您允许初始化失败并稍后重试，则它可能无锁。如果另一个线程具有该项目，则不能无等待。

如果您关心此处的性能，则可以使用线程 ID 散列到项目桶中，以尝试减少争用的频率。

相关文章：