Gesperrte vs. sperrenfreie atomare Variablen: Wo ist die Sperre und welche Auswirkungen hat sie?

Sperrungsfreie atomare Variablen vs. gesperrte atomare Variablen

In der Welt der Multithread-Programmierung spielen atomare Variablen eine entscheidende Rolle bei der Datensicherung Integrität. Allerdings sind nicht alle atomaren Variablen gleich. Während einige sperrenfrei sind und gleichzeitigen Zugriff ohne die Notwendigkeit von Synchronisierungsprimitiven garantieren, basieren andere auf Sperren.

Wo ist die Sperre für gesperrte atomare Variablen?

Wann Eine atomare Variable ist nicht sperrenfrei, sie muss eine Sperre verwenden, um den exklusiven Zugriff auf ihre Daten zu erzwingen. Diese Sperre wird normalerweise als separate Datenstruktur gespeichert, beispielsweise als Hash-Tabelle von Mutexes. Der Schlüssel für die Hash-Tabelle ist normalerweise die Adresse der atomaren Variablen, was eine effiziente Suche ermöglicht, wenn mehrere Instanzen der Variablen koexistieren.

Auswirkungen von Sperren in atomaren Variablen mit mehreren Instanzen

Wenn mehrere Instanzen einer gesperrten atomaren Variablen vorhanden sind, serialisiert die gemeinsame Sperre den Zugriff auf die Daten der Variablen. Das bedeutet, dass, wenn ein Thread die Sperre zum Ändern der Variable hält, alle anderen Threads, die versuchen, darauf zuzugreifen, blockiert werden, bis die Sperre aufgehoben wird.

Kollisionsauflösung

Hash-Kollisionen können auftreten, wenn mehrere atomare Variablen demselben Hash-Bucket in der Sperrtabelle zugeordnet sind. In solchen Fällen konkurrieren die konkurrierenden Threads um dieselbe Sperre, was möglicherweise zu mehr Konflikten und verringerter Leistung führt. Dies stellt jedoch normalerweise kein wesentliches Problem dar, da Kollisionen relativ selten sind und die Leistung im Allgemeinen akzeptabel ist.

Vermeidung von Deadlocks

Atomvariablen mit Sperren leiden nicht darunter Risiko von Deadlocks, da die std::atomic-API sicherstellt, dass keine Operation versucht, gleichzeitig Sperren für mehrere Variablen vorzunehmen. Dieses Design verhindert zyklische Abhängigkeiten und garantiert korrektes gleichzeitiges Verhalten.

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