无锁编程:从基础到工作结构

主要观点:

  • 多线程工作是日常工作中可能遇到的最复杂问题之一,面对多线程时多数人会采用阻塞方式,而锁并非唯一选择,无锁编程也是一种方式。
  • 介绍了无锁编程和无等待编程的定义、典型技术、优缺点等,包括原子原语(如 CAS、LL/SC、FAA、Double-Width CAS 等)的作用和特点。
  • 以 Java 中的无锁栈为例,展示了无锁编程的实现方式,包括无锁入栈和无锁出栈的代码实现。
  • 提到从无锁编程到无等待编程的转变,虽未给出完整实现,但提供了一些相关的良好资源。

关键信息:

  • 无锁编程保证系统范围内的进展,在有限步骤内至少一个线程完成操作,典型技术有原子原语等,优点是在竞争下扩展性好、消除死锁和活锁,缺点是设计和推理更难、低竞争下成本高、仍可能出现饥饿。
  • 无等待编程为每个线程提供进度边界,每个线程在有限步骤内完成操作,优点是消除饥饿问题等,缺点是内存和簿记开销大、在无竞争时通常较慢、对复杂数据结构较难创建。
  • 阻塞、无锁、无等待在死锁、活锁、饥饿方面的进展保证不同。
  • 无锁栈的实现通过原子操作实现入栈和出栈,利用 CAS 循环等。

重要细节:

  • Java 中的原子类(如 AtomicReference 等)提供了相关方法(如 compareAndSet 等)用于无锁编程。
  • 无等待编程的常见点包括 Op Log、线程槽预留、阶段(票号)数、有界帮助循环等。
  • 无锁编程和无等待编程都不简单,但有一些工具和技术可使其更易实现,如遵循设计优先、单个原子字对应一个逻辑不变量等最佳实践。
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