Was sind die sperrenfreien Programmiertechniken in C++?

Sperrfreie Programmierung ist ein Multithread-Programmierparadigma, das die Verwendung von Sperrmechanismen vermeidet, um die Parallelität zu verbessern. Zu den sperrenfreien Programmiertechniken in C++ gehören: Atomare Operationen: Bietet unterbrechungsfreie Grundoperationen wie atomare Typen und Operationen wie fetch_add. Sperrenfreie Datenstrukturen: Datenstrukturen, die keine Sperren zur Steuerung des gleichzeitigen Zugriffs verwenden, wie z. B. CAS-Warteschlangen, sperrenfreie Stapel und CAS-basierte verknüpfte Listen. Sperrfreie Hash-Map: Verwenden Sie die Cuckoo-Hash-Map oder die Chain-Adress-Hash-Map, um die Speicherung und den Abruf von Schlüssel-Wert-Paaren ohne Sperre zu erreichen.

Sperrenfreie Programmiertechniken in C++

Einführung

Sperrenfreie Programmierung ist ein Paradigma der Multithread-Programmierung, die nicht auf einen Sperrmechanismus zur Synchronisierung von Threads angewiesen ist. Dadurch können Programme Deadlocks vermeiden und die Parallelität verbessern. In diesem Artikel werden die in C++ verfügbaren sperrenfreien Programmiertechniken untersucht.

Atomoperationen

Atomoperationen sind Grundoperationen, die nicht unterbrochen werden können. C++11 führte die atomare Bibliothek ein, die eine Reihe atomarer Typen und Operationen bereitstellt, wie zum Beispiel:

std::atomic<int> counter;
counter.fetch_add(1);
int value = counter.load();

Sperrenfreie Datenstrukturen

Sperrenfreie Datenstrukturen erfordern keine Sperren, um den gleichzeitigen Zugriff zu steuern. Einige gängige sperrenfreie Datenstrukturen umfassen:

• CAS-Warteschlange (gleichzeitige Warteschlange): Warteschlange basierend auf dem Vergleichs- und Austauschvorgang (CAS).
• Sperrfreier Stapel: Ein Stapel, der mit atomaren Swap-Operationen implementiert wird.
• Verknüpfte Liste: CAS-basierte verknüpfte Liste, die threadsichere Einfüge- und Löschvorgänge ermöglicht.

Sperrfreie Hash-Map

Die sperrenfreie Hash-Map ist eine Art sperrenfreie Datenstruktur, die es ermöglicht, Schlüssel-Wert-Paare sperrenfrei zu speichern und abzurufen. Zu den gängigen sperrenfreien Hash-Map-Implementierungen gehören:

• cuckoo Hash Map: Verwendet zwei Hash-Tabellen, um Kollisionen beim Schreiben zu vermeiden.
• Hash-Zuordnung von Kettenadressen: Verwenden Sie verknüpfte Listen, um Konflikte zu bewältigen.

Praktischer Fall

Betrachten Sie das folgende Beispiel für die Verwendung der CAS-Warteschlange zur Implementierung des Producer-Consumer-Musters:

#include <atomic>
#include <queue>
#include <thread>

std::atomic_bool producer_done{false};
std::queue<int> queue;

void producer() {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        while (!queue.empty())
            std::this_thread::yield();
        queue.push(i);
    }
    producer_done = true;
}

void consumer() {
    while (!producer_done || !queue.empty()) {
        int value;
        if (queue.pop(value))
            std::cout << value << std::endl;
    }
}

int main() {
    std::thread producer_thread(producer);
    std::thread consumer_thread(consumer);
    producer_thread.join();
    consumer_thread.join();
    return 0;
}

In diesem Beispiel verwendet der Producer-Thread die CAS-Warteschlange, um Daten sperrenfrei in die Warteschlange einzufügen. während die Consumer-Threads sperrenfrei Daten aus der Warteschlange lesen.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWas sind die sperrenfreien Programmiertechniken in C++?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!