無鎖編程

    無鎖編程，即不使用鎖的狀況下實現多線程之間的變量同步，也就是在沒有線程被阻塞的狀況下實現變量的同步，因此也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。

實現非阻塞同步的方案稱爲「無鎖編程算法」（  Non-blocking algorithm）。

    多線程編程條件下，多個線程須要對同一共享變量寫操做時，通常使用互斥鎖來解決競爭問題，以下：

1 extern int g_var;
2 
3 mutex_lock;
4 g_var ++;
5 mutex_unlock;

使用鎖會致使其餘線程block，使用不當還有可能形成死鎖，如下介紹無鎖編程相關概念。

一、LL/SC操做

MIPS等RISC cpu支持LL(Load Link)/SC(Store Conditional)操做，主要原理爲：

1. LL t0, lock_key
# LL從內存中讀取數據到寄存器中，實現接下來的 RMW（Read-Modify-Write） 操做中的Read。處理器會記住 LL 指令的此次操做（會在 CPU 的寄存器中設置一個不可見的 bit 位），同時 LL 指令讀取的地址lock_key也會保存在處理器的寄存器中。

2. SC t0, lock_key
# SC 指令的功能是向內存中寫入一個字，以完成前面的 RMW 操做中Write。會檢查上次 LL 指令執行後的 RMW 操做是不是原子操做（即不存在其它對這個地址的操做），若是是原子操做，則 t0 的值將會被更新至內存中，同時 t0 的值也會變爲1，表示操做成功；反之，若是 RMW 的操做不是原子操做（即存在其它對這個地址的訪問衝突），則 t 的值不會被更新至內存中，且 t 的值也會變爲0，表示操做失敗。

SC 指令執行失敗的緣由有兩種：

（1）在 LL/SC 操做序列的過程當中，發生了一個異常（或中斷），這些異常（或中斷）可能會打亂 RMW 操做的原子性。

（2）在多核處理器中，一個核在進行 RMW 操做時，別的核試圖對一樣的地址也進行操做，這會致使 SC 指令執行的失敗。

經過CPU支持的LL/SC操做，能夠實現無鎖對變量進行修改。

 

二、CAS操做

CAS(Compare And Swap): It compares the contents of a memory location to a given value and, only if they are the same, modifies the contents of that memory location to a given new value.

在 x86 下的指令CMPXCHG實現了CAS，前置LOCK既能夠達到原子性操做, CAS 僞代碼：

1 int compare_and_swap(int* reg, int oldval, int newval)
2 {
3   ATOMIC();
4   int old_reg_val = *reg;
5   if (old_reg_val == oldval)
6      *reg = newval;
7   END_ATOMIC();
8   return old_reg_val;
9 }

當寄存器中的值old_reg_val等於oldval時，才更新寄存器的值。