解锁链表：探究无锁与基于锁的链表实现

资源摘要信息:"LinkedLists_Unlocked:无锁和基于锁的链表实现" 知识点概述： 本文档涉及了链表数据结构的两种实现方式：无锁实现和基于锁的实现。文档提到了Harris算法的无锁链表实现，这是一种非阻塞的链表实现方法，以及基于锁的链表实现，它采用了带退避功能的票据锁。无锁链表实现使用了自定义内存池进行分配，以避免垃圾收集带来的性能开销，因为该项目追求最大性能。此外，文档提到了使用比较和交换（Compare-And-Swap，CAS）操作，这是实现无锁算法的关键技术之一。 详细知识点： 1. 无锁链表实现： 无锁链表是一种多线程编程中的数据结构，它允许多个线程并发访问和修改链表，而无需使用传统的锁机制。Harris算法是一种实现无锁链表的技术，它属于非阻塞算法的一种，能够实现线程间的无等待或无锁操作。这种算法依赖于CAS操作，它是一种原子操作，能够比较内存中的值与预期值是否相同，如果相同则将其更新为新值，整个过程是原子的，即不会被其他线程中断。这样可以确保在并发环境下修改链表时的一致性，无需阻塞等待锁的释放。 2. 基于锁的链表实现： 与无锁实现相对，基于锁的实现是指在访问和修改链表数据时使用锁机制来保证数据的线程安全性。文档中提到的票据锁（Ticket Lock），是一种解决传统锁机制中饥饿问题的自旋锁变体。在这种锁机制中，每个线程在尝试获取锁时，会首先获取一个“票据号码”，然后根据这个号码轮到自己时才能进行操作。这种机制的优点是公平性较高，线程按照“票据号码”的顺序依次获取锁，避免了某些线程长时间得不到锁的问题。 3. 自定义内存池： 无锁实现中提到了自定义内存池的使用，这通常是为了优化内存分配的性能。在无锁算法中，频繁的内存分配和释放会导致性能问题，因此通过自定义内存池来管理和重用内存，减少了内存分配的开销和垃圾收集的需要。这种方法特别适用于追求高并发性能的系统中。 4. 垃圾收集未实施： 文档中明确指出没有实施垃圾收集机制。在无锁算法中，为了避免垃圾收集带来的不确定暂停，通常会采取措施避免分配和释放操作，或者采用一些特定的内存管理技术，如上文提到的自定义内存池。 5. 比较和交换（CAS）操作： CAS是一种广泛用于无锁编程的技术。它利用原子操作来比较并交换存储单元中的值。如果存储单元中的值等于预期值，则将这个存储单元的值更新为新值，整个过程是原子的，不可中断。CAS操作是实现无锁算法的基础，特别是在并发环境中更新共享数据时非常有用。 6. 系统环境和编译指令： 文档末尾提到了在基本目录中运行make，这表明所讨论的代码库是基于类Unix操作系统，并且使用make工具来进行项目构建。make是一个工程化构建工具，它通过读取一个名为Makefile的文件来自动化编译过程。 7. 年份和版权信息： 文档最后提到的“链表已解锁(C) 2015 乔治·皮斯卡斯”说明了文档提及的技术是由乔治·皮斯卡斯在2015年发布的。版权信息表明该文档所包含的内容受版权法保护。 总结： 本文档详细介绍了无锁和基于锁的链表实现的原理和关键技术，强调了在高并发编程中性能和线程安全的重要性。通过理解这些知识点，开发者可以在需要处理高并发场景时，选择合适的链表实现方式，以优化系统性能。