多线程安全CAS实现的无锁

实现无锁队列的关键点有二：

1、各个平台的原子操作或者说CAS原语；

2、ABA问题的理解和解决。

首先来说说这个CAS原语，所谓CAS（Compare And Swap）即比较并交换，在 Intel 处理器中，比较并交换通过指令的 cmpxchg 系列实现。CAS有三个操作数： 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存位置V的值与预期A原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值B。否则，处理器不做任何操作。无论哪种情况，它都会在 CAS 指令之前返回该位置的值。（在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功，而不提取当前值。）CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。”CAS的C语言实现如下：

inline bool CAS2(pointer_t *addr, pointer_t &old_value, pointer_t &new_value)
{
bool ret;
__asm__ __volatile__(
"lock cmpxchg16b %1;\n"
"sete %0;\n"
:"=m"(ret),"+m" (*(volatile pointer_t *) (addr))
:"a" (old_value.ptr), "d" (old_value.tag), "b" (new_value.ptr), "c" (new_value.tag));
return ret;
}

这其中包括了内联汇编代码（这个可以去看看AT&T汇编语法），其中能够支持多线程的并行安全执行的秘诀就在 "lock cmpxchg16b %1;\n"这句中的“lock”，这个lock就和我们基本多线程编程中的锁相当，只不过，这个lock不再是普通的锁，它锁的是地址总线，在多核编程情景下，当已经有CPU的线程A已经访问某地址时，这时地址总线会被锁定，其他CPU核心的线程B无法再访问当前地址，直到A访问完毕之后，其他线程如B才可能访问该地址，这样就保证了线程A访问该地址的原子性操作。

再来讲讲这个ABA问题。在进行CAS操作时，因为在更改V值之前，CAS主要是通过访问V的值是否仍然和A相等，所以，在第一次读取V以及对V执行CAS操作之前，如果有其他线程将V的值先从A改为B，而另外的线程又将V的值从B改回了A，这样会使CAS算法混乱。显然，在这种情况下，CAS的操作会成功，这类的问题称为ABA问题。要解决这类问题，就是不再重用A，通常的做法是用标记或版本编号与进行CAS操作的每个值相关联，并原子的更新值和标记。

CAS实现的无锁

#include <stdio.h>    #include <stdlib.h>    #include <pthread.h>    #include <unistd.h>    #include <time.h>    #include "timer.h"       int mutex = 0;    int lock = 0;    int unlock = 1;     static volatile int count = 0;   void *test_func(void *arg)   {          int i = 0;          for(i = 0; i < 2000000; i++)         {          while (!(__sync_bool_compare_and_swap (&mutex,lock, 1) ))usleep(100000);            count++;            __sync_bool_compare_and_swap (&mutex, unlock, 0);          }           return NULL;   }       int main(int argc, const char *argv[])   {      Timer timer;      timer.Start();       pthread_t thread_ids[10];       int i = 0;          for(i = 0; i < sizeof(thread_ids)/sizeof(pthread_t); i++)      {              pthread_create(&thread_ids[i], NULL, test_func, NULL);      }          for(i = 0; i < sizeof(thread_ids)/sizeof(pthread_t); i++)       {               pthread_join(thread_ids[i], NULL);       }           timer.Stop();       timer.Cost_time();       printf("结果:count = %d\n",count);         return 0;   }