多執行緒模式是比較流行的一種併發程式設計模型,多執行緒程式設計的一個特點就是執行緒間共享記憶體空間;這可以降低執行緒間通訊的開銷,但卻引來了另外的一個難纏的問題:竟態條件!，因此,甚至有人對多執行緒模型提出了質疑,看這裡。

在多執行緒程式設計模型下,解決竟態條件的傳統方法就是加鎖保護臨界區,但這存在影響系統性能、優先順序反轉等問題.

因此又有人提出了,多執行緒模型下無鎖程式設計的一些方式:
1.執行緒內通訊框架: Disruptor, 這是一款開源的併發框架,用於執行緒間無鎖的共享資料,看這裡。

2.無鎖資料結構
無鎖資料結構一般基於一個很重要的操作：CAS--Compare And Swap(看這裡)。
用C語言表達的一個CAS實現的操作是這樣的：

1. /*定義CAS操作*/
   
2. #define CAS __sync_bool_compare_and_swap
   
3. /*
   
4. * 定義stack的資料結構
   
5. */
   
6. typedef struct stack_node {
   
7.     struct node *next;
   
8.     void *data;
   
9. }stack_node;
   
10. /*棧頂指標*/
    
11. stack_node *top = NULL;

CAS的一個重要特性是其必須是原子操作。現在大多數CPU都支援指令級別的CAS操作。GCC編譯也提供了這樣的介面:bool __sync_bool_compare_and_swap (type *ptr, type oldval type newval, ...)

有了這個原子的CAS後，我們就能實現自己的無鎖資料結構了，下面我們就嘗試著來實現一個無鎖棧：

下面的程式碼中，我們假設malloc與free是執行緒安全的(至於malloc與free的可重入性與執行緒安全問題，可以看這裡和這裡)

首先定義必要的資料結構:

1. /*定義CAS操作*/
   
2. #define CAS __sync_bool_compare_and_swap
   
3. /*
   
4. * 定義stack的資料結構
   
5. */
   
6. typedef struct stack_node {
   
7.     struct node *next; /*指向下一個節點,即通過連結串列的形式實現棧*/
   
8.     void *data;/*指向該節點的資料*/
   
9. }
   stack_node;
   
10. /*棧頂指標*/
    
11. stack_node *top = NULL;

接下來是壓棧操作:

1. /*壓棧操作*/
   
2. void stack_push(void *data)
   
3. {
   
4.     stack_node *new = malloc(sizeof(struct node));
   
5.     new->data = data;
   
6.     do {
   
7.         new->next = top;/*獲取top的快照, 同時初始化了new的next指標*/
   
8.     }while(!CAS(&top, new->next, new));
   
9. }

在取得top的快照後後, 就通過CAS操作檢視top的內容與line 7取得的快照是否一致，如果一致則將top的內容更換為new，CAS函式返回true。
假設有執行緒A在stack_push裡獲取top快照後暫時失去了執行權, 切換至另一個執行緒B, 而執行緒B完成了一次stack_push操作，然後執行權再次回到執行緒A,
執行緒A執行CAS操作, 發現top裡的內容與快照裡的內容已經不一致了，CAS返回false, 估do...while語句重新執行。

接下來是出棧操作:

1. /*出棧操作*/
   
2. void * stack_pop(void)
   
3. {
   
4.     stack_node *tmp;
   
5.     void *data;
   
6.     do {
   
7.         tmp = top;
   
8.         if (!tmp) return NULL;
   
9.     }while(CAS(&top, tmp, tmp->next) = true);
   
10.     data = tmp->data;
    
11.     free(tmp);
    
12.     return data;
    
13. }

其免鎖原理與入棧基本一樣，估不再贅述。

另外還有一點, 在使用CAS實現免鎖資料結構時, 容易出現ABA問題, 這裡也暫時不作討論, 可以從參考資料中得到更多的資訊。

參考資料：
1.來自酷客的無鎖佇列
2.設計不用互斥鎖的併發資料結構

轉載自：http://blog.chinaunix.net/uid-25424552-id-3772253.html