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下面的代码是一个原子指针类的骨架，取自共享内存多处理器的 PARSEC 基准套件中的模拟退火应用程序。

在该应用程序中，中心数据结构是图（更具体地说，是集成电路的网表）。图中的每个节点都有一个属性来指示其物理位置。该算法产生许多线程，每个线程重复随机选择两个节点并交换它们的物理位置，如果这会为芯片带来更好的路由成本。

因为图很大，每个线程都可以选择任意一对节点，唯一可行的解​​决方案是无锁并发数据结构（CDS）。这就是为什么以下AtomicPtr类至关重要（它用于以无锁方式原子地交换指向两个物理位置对象的指针）。该函数atomic_load_acq_ptr()是在汇编代码中定义的，并且与std::atomic<T*>::load(memory_order_acquire).

我想使用 C++11 原子来实现该 CDS。

template <typename T>
class AtomicPtr {
  private:
    typedef long unsigned int ATOMIC_TYPE;
    T *p __attribute__ ((aligned (8)));
    static const T *ATOMIC_NULL;
    inline T *Get() const {
        T *val;
        do {
            val = (T *)atomic_load_acq_ptr((ATOMIC_TYPE *)&p);
        } while(val == ATOMIC_NULL);
        return val;
    }
    inline void Swap(AtomicPtr<T> &X) {
        // Define partial order in which to acquire elements to prevent deadlocks
        AtomicPtr<T> *first;
        AtomicPtr<T> *last;
        // Always process elements from lower to higher memory addresses
        if (this < &X) {
            first = this;
            last  = &X;
        } else {
            first = &X;
            last  = this;
        }
        // Acquire and update elements in correct order
        T *valFirst = first->Checkout(); // This sets p to ATOMIC_NULL so all Get() calls will spin.
        T *valLast  =  last->PrivateSet(valFirst);
        first->Checkin(valLast); // This restores p to valLast
    }
};

该std::atomic<T*>::exchange()方法只能用于T*与对象交换裸指针std::atomic<T*>。如何以std::atomic<T*>无锁方式交换两个对象？

我能想到的是，AtomicPtr下面的类本身可以std::atomic<T*>通过声明：

std::atomic<T*> p;

并将所有atomic_load_acq_ptr()呼叫std::atomic<T*>::load(memory_order_acquire)替换为 并将所有呼叫替换atomic_store_rel_ptr()为std::atomic<T*>::store(memory_order_release)。但是我的第一个想法是std::atomic<T*>应该替换AtomicPtr自己，并且可能有一种聪明的方法可以std::atomic<T*>直接交换对象。有什么想法吗？

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3 回答 3

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在我看来，获得你想要的更简单的方法是复制你在这里看到的逻辑。

问题是不可能跨两个原子对象进行原子操作，所以你必须遵循一个过程：

  • 订购原子（以避免死锁）
  • “锁定”除最后一个以外的所有内容（递增顺序）
  • 在最后一个上原子地执行操作
  • 执行操作并一次“解锁”其他一个（递减顺序）

当然，这是非常不完美的：

  • 非原子：当您忙于锁定变量时，任何尚未锁定的变量都可能改变状态
  • 不是无阻塞：如果由于某种原因线程在锁定变量时被阻塞，则所有其他挂起的线程也被阻塞；这里要小心避免死锁（如果你有其他锁）
  • 脆弱：锁定变量后的崩溃会让您陷入困境，避免可能抛出和/或使用 RAII 来“锁定”的操作

但是，在只有 2 个对象（因此要锁定一个对象）的情况下，它在实践中应该工作得相对较好。

最后，我想说两句：

  • 为了锁定，您需要能够定义一个标记值，0x01通常适用于指针。
  • C++ 标准不保证std::atomic<T*>无锁，您可以使用std::atomic<T*>::is_lock_free().
于 2013-08-21T07:26:02.337 回答
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没有自旋锁的最接近的是：

std::atomic<T> a;
std::atomic<T> b;
a = b.exchange(a);

哪个是线程安全的b。

a不能同时访问。

于 2013-08-21T06:22:07.720 回答
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您是否检查过 CAS（比较和交换）操作？

   std::atomic<T*> v;

      while(!v.compare_exchange_weak(old_value,new_value, std::memory_order_release, memory_order_relaxed))
于 2013-08-21T05:57:21.023 回答