C++ のロックフリー プログラミング手法とは何ですか?

ロックフリー プログラミングは、同時実行性を向上させるためにロック メカニズムの使用を回避するマルチスレッド プログラミング パラダイムです。 C++ のロックフリー プログラミング テクニックには次のものがあります。 アトミック操作: アトミック タイプや fetch_add などの操作などの中断のない基本操作を提供します。ロックフリー データ構造: CAS キュー、ロックフリー スタック、CAS ベースのリンク リストなど、同時アクセスの制御にロックを使用しないデータ構造。ロックフリーのハッシュ マップ: カッコー ハッシュ マップまたはチェーン アドレス ハッシュ マップを使用して、ロックフリーのキーと値のペアの保存と取得を実現します。

C++ のロックフリー プログラミング手法

はじめに

ロックフリー プログラミングは、スレッドを同期するためのロック メカニズムに依存しないマルチスレッド プログラミングのパラダイムです。これにより、プログラムはデッドロックを回避し、同時実行性を向上させることができます。この記事では、C++ で利用できるロックフリー プログラミング手法について説明します。

アトミック操作

アトミック操作は、中断できない基本的な操作です。 C++11 では、次のような一連のアトミック タイプと操作を提供するアトミック ライブラリが導入されました。

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

ロックフリー データ構造

ロックフリー データ構造では、同時アクセスを制御するためのロックは必要ありません。一般的なロックフリー データ構造には次のものが含まれます。

• CAS キュー (同時キュー): コンペア アンド スワップ (CAS) 操作に基づく キュー。
• ロックフリースタック: アトミックスワップ操作を使用して実装されたスタック。
• リンク リスト: CAS ベースのリンク リスト。スレッドセーフな挿入および削除操作を提供します。

ロックフリー ハッシュ マップ

ロックフリー ハッシュ マップは、ロックフリーの方法でキーと値のペアを保存および取得できるロックフリー データ構造の一種です。一般的なロックフリー ハッシュ マップの実装には次のものがあります。

• cuckoo ハッシュ マップ: 2 つのハッシュ テーブルを使用して書き込み時の衝突を排除します。
• チェーンアドレスハッシュマッピング: リンクリストを使用して競合を処理します。

実際のケース

CAS キューを使用してプロデューサー/コンシューマー パターンを実装する次の例を考えてみましょう:

#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;
}

この例では、プロデューサー スレッドは CAS キューを使用して、ロックフリーの方法でデータをキューに挿入します。一方、コンシューマースレッドはロックフリーの方法でキューからデータを読み取ります。

以上がC++ のロックフリー プログラミング手法とは何ですか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。