C++中的无锁编程技术有哪些？

无锁编程是一种多线程编程范例，避免使用锁机制以提高并发性。C++ 中的无锁编程技术包括：原子操作：提供不可中断的基本操作，如原子类型和 fetch_add 等操作。无锁数据结构：不使用锁控制并发访问的数据结构，如 CAS 队列、无锁栈和基于 CAS 的链表。无锁哈希映射：使用 cuckoo 哈希映射或链地址法哈希映射实现无锁键值对存储和检索。

C++中的无锁编程技术

引言

无锁编程是多线程编程的一种范例，它不依赖于锁机制来同步线程。这使得程序可以避免死锁，并提高并发性。本文将探讨 C++ 中可用的无锁编程技术。

原子操作

原子操作是不可中断的基本操作。C++11 引入了原子库，提供一系列原子类型和操作，如：

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

无锁数据结构

无锁数据结构不需要锁来控制并发访问。一些常见的无锁数据结构包括：

• CAS队列 (Concurrent Queue)：基于 compare-and-swap (CAS) 操作的队列。
• 无锁栈 (Lock-free Stack)：使用原子交换操作实现的栈。
• 链表 (Linked List)：基于 CAS 的链表，提供线程安全的插入和删除操作。

无锁哈希映射

无锁哈希映射是无锁数据结构的一种，它允许以无锁方式存储和检索键值对。常见的无锁哈希映射实现包括：

• cuckoo 哈希映射：使用两个哈希表来消除写时冲突。
• 链地址法哈希映射：使用链表来处理冲突。

实战案例

考虑以下使用 CAS 队列实现生产者-消费者模式的示例：

#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;
}

在该示例中，生产者线程使用 CAS 队列以无锁方式向队列插入数据，而消费者线程从队列中以无锁方式读取数据。

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