无锁栈与无锁队列

互斥的硬件支持

中断禁用

单处理器机器中，并发进程不能重叠只能交替，因此保证互斥，主要保证进程不被中断就可以了

禁用中断
临界区
启用中断
其他部分

专用机器指令

• test_and_set

  #include <thread>
  #include <vector>
  #include <iostream>
  #include <atomic>
  
  std::atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;
  
  void f(int n){
      for (int cnt = 0; cnt < 100; ++cnt) {
          while (lock.test_and_set(std::memory_order_acquire))  // acquire lock
               ; // spin
          std::cout << "Output from thread " << n << '
  ';
          lock.clear(std::memory_order_release);               // release lock
      }}
  
  int main(){
      std::vector<std::thread> v;
      for (int n = 0; n < 10; ++n) {
          v.emplace_back(f, n);
      }
      for (auto& t : v) {
          t.join();
      }}
  

  在所有并发进程之前将flag设置为false，每次test_and_set都会设置flag是true，然后自动返回原始值

  • 原始值为false，则还未锁，可以上锁并进入临界区，需要离开临界区时重新将flag设置为false
  • 原始值为true，则已上锁

  详见C++：test_and_set

• compare_and_swap

  
  template< class T >bool atomic_compare_exchange_strong_explicit( volatile std::atomic<T>* obj, 
                                                typename std::atomic<T>::value_type* expected, 
                                                typename std::atomic<T>::value_type desired,
                                                std::memory_order succ,                                               std::memory_order fail ) noexcept;
  

  compare_and_swap(obj, expected, desire)简称CAS，是一种乐观锁。
  先检查obj所指的值是否和expected所指的值相同

  • 若相同则将obj所指的值更新为desire，返回true
  • 若不同则将expectd所指的值更新为obj所指的值，返回false

  详见C++：compare_and_swap

无锁栈与无锁队列的实现

参考

• cppreference.com
• operating system internals and design principles