这个逻辑/代码链是否存在明显问题？

Question

我正在阅读的其中一本书是"莫里斯·赫利希和尼尔·沙维特的多处理器编程艺术".在其中,有一个"无等待"队列(在一些语言自适应之后)在线程环境中完美地运行测试和逻辑 - 至少,即使在分布在5个线程上的10,000,000个项目上也没有冲突逻辑检查出来.

(如果无法获取项目,我编辑队列返回false,而不是抛出异常.代码如下所示).

但是,它有一个警告; 队列无法增长.粗略的逻辑检查指出它不能在不锁定队列的情况下增长 - 这在某种程度上否定了拥有无锁队列的重要性.

因此,目的是创建一个可以增长的无锁(或至少无饥饿锁定)队列.

所以:如果我们基本上给每个线程提供他们自己的共享队列,那么这种方式不是矛盾的(并且接受这个已被解决的高概率并且更好地用于边做边学):

        WaitFreeQueue<Queue<int>> queues = new WaitFreeQueue<Queue<int>>(threadCount);

        // Dequeue a queue, enqueue an item, enqueue the queue.

        // Dequeue a queue, dequeue an item, enqueue the queue.

和无等待队列(如果我做出任何重大更改,先前的代码包含在注释中):

/// <summary>
/// A wait-free queue for use in threaded environments.
/// Significantly adapted from "The Art of Multiprocessor Programming by Maurice Herlihy and Nir Shavit".
/// </summary>
/// <typeparam name="T">The type of item in the queue.</typeparam>
public class WaitFreeQueue<T>
{
    /// <summary>
    /// The index to dequeue from.
    /// </summary>
    protected int head;
    /// <summary>
    /// The index to queue to.
    /// </summary>
    protected int tail;
    /// <summary>
    /// The array to queue in.
    /// </summary>
    protected T[] items;


    /// <summary>
    /// The number of items queued.
    /// </summary>
    public int Count
    {
        get { return tail - head; }
    }


    /// <summary>
    /// Creates a new wait-free queue.
    /// </summary>
    /// <param name="capacity">The capacity of the queue.</param>
    public WaitFreeQueue(int capacity)
    {
        items = new T[capacity];
        head = 0; tail = 0;
    }


    /// <summary>
    /// Attempts to enqueue an item.
    /// </summary>
    /// <param name="value">The item to enqueue.</param>
    /// <returns>Returns false if there was no room in the queue.</returns>
    public bool Enqueue(T value)
    {
        if (tail - head == items.Length)
            // throw new IndexOutOfRangeException();
            return false;
        items[tail % items.Length] = value;
        System.Threading.Interlocked.Increment(ref tail);
        return true;
        // tail++;
    }


    /// <summary>
    /// Attempts to dequeue an item.
    /// </summary>
    /// <param name="r">The variable to dequeue to.</param>
    /// <returns>Returns true if there was an available item to dequeue.</returns>
    public bool Dequeue(out T r)
    {
        if (tail - head == 0)
        // throw new InvalidOperationException("No more items.");
        { r = default(T); return false; }
        r = items[head % items.Length];
        System.Threading.Interlocked.Increment(ref head);
        // head++;
        // return r;
        return true;
    }
}

那么:这会有用吗？如果没有,为什么？如果是这样,还有任何可预见的问题吗？

谢谢.

Answer 1

尝试编写无锁多线程代码很难,你应该把它留给比你或我更了解它的人(并使用eg ConcurrentQueue<T>),或者根本不写(并使用锁),如果可能的话.

话虽这么说,你的代码有几个问题:

1. 这不是一个队列.如果threadCount是2,你将项目1,2和3一个接一个地排队,然后你出队,你得到第2项!

2. 你不能先使用字段的值,然后Interlocked.Increment()像你一样调用它.想象一下这样的事情:

   1. 在线程1: items[tail % items.Length] = value;
   2. 在线程2: items[tail % items.Length] = value;
   3. 在线程2: Interlocked.Increment(ref head);
   4. 在线程1: Interlocked.Increment(ref head);

   现在,两个线程排队到同一位置,之后的位置没有变化.这是错的.