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无锁队列解决了什么问题

无锁队列解决了锁引起的问题。mutex是阻塞的,在一个负载较重的应用程序中使用阻塞队列来在线程之间传递消息,会导致频繁的线程切换,大量的时间将被浪费在获取mutex,而不是处理任务上。

一、无锁队列解决了什么问题

无锁队列解决了锁引起的问题。mutex是阻塞的,在一个负载较重的应用程序中使用阻塞队列来在线程之间传递消息,会导致频繁的线程切换,大量的时间将被浪费在获取mutex,而不是处理任务上。

这就需要非阻塞来解决问题。任务之间不争抢任何资源,在队列中预定一个位置,然后在这个位置上插入或提取数据。这种机制使用了cas(compare and swap)的操作,它是一个原子操作,需要CPU指令支持。它的思想是先比较,再赋值。具体操作如下:它需要3个操作数,m,A, B,其中m是一个内存地址,将m指向的内存中的数据与A比较,如果相等则将B写入到m指向的内存并返回true,如果不相等则什么也不做返回false。

当一个任务从堆中分配内存时,标准的内存分配机制会阻塞所有与这个任务共享地址空间的其它任务(进程中的所有线程)。malloc本身也是加锁的,保证线程安全。这样也会造成线程之间的竞争。标准队列插入数据的时候,都回导致堆上的动态内存分配,会导致应用程序性能下降。

延伸阅读:

二、无锁队列使用场景

无锁队列适用于队列push、pop非常频繁的场景,效率要比mutex高很多; 比如,股票行情,1秒钟至少几十万数据量。

无锁队列一般也会结合mutex + condition使用,如果数据量很小,比如一秒钟几百个、几千个消息,那就会有很多时间是没有消息需要处理的,消费线程就会休眠,等待唤醒;所以对于消息量很小的情况,无锁队列的吞吐量并不会有很大的提升,没有必要使用无锁队列。

无锁队列的实现,主要分为两类:

  1. 链表实现;
  2. 数组实现。