C++中的無鎖程式技術有哪些？

無鎖程式設計是一種多執行緒程式設計範例，避免使用鎖定機制以提高並發性。 C++ 中的無鎖定程式技術包括：原子操作：提供不可中斷的基本操作，如原子類型和 fetch_add 等操作。無鎖資料結構：不使用鎖定控制並發存取的資料結構，如 CAS 佇列、無鎖棧和基於 CAS 的鍊錶。無鎖哈希映射：使用 cuckoo 哈希映射或鏈位址法哈希映射實現無鎖鍵值對存儲和檢索。

C++中的無鎖定編程技術

引言

##無鎖定編程是多執行緒程式設計的一種範例，它不依賴鎖定機制來同步執行緒。這使得程式可以避免死鎖，並提高並發性。本文將探討 C++ 中可用的無鎖程式設計技術。

原子運算

原子運算是不可中斷的基本運算。 C++11 引入了原子庫，提供一系列原子類型和操作，如：

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

無鎖定資料結構

無鎖定資料結構不需要鎖來控制並發存取。一些常見的無鎖定資料結構包括：

• CAS佇列 (Concurrent Queue)：基於 compare-and-swap (CAS) 操作的佇列。
• 無鎖定堆疊 (Lock-free Stack)：使用原子交換作業實作的堆疊。
• 鍊錶 (Linked List)：基於 CAS 的鍊錶，提供線程安全的插入和刪除操作。

無鎖定雜湊映射

無鎖定雜湊映射是無鎖定資料結構的一種，它允許以無鎖定方式儲存和檢索鍵值對。常見的無鎖雜湊映射實作包括：

• cuckoo 雜湊映射：使用兩個雜湊表來消除寫時衝突。
• 鏈結位址法雜湊對映：使用鍊錶來處理衝突。

實戰案例

考慮以下使用CAS 佇列實作生產者-消費者模式的範例：

#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;
}

在這個範例中，生產者執行緒使用CAS 佇列以無鎖方式向佇列插入數據，而消費者執行緒則從佇列以無鎖方式讀取資料。

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