c - 单生产者单消费者无锁队列c

Question

我想知道为什么以天真的方式实现这种队列是不正确的:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/time.h>


void *print_message_function( void *ptr );

void *reader( void *ptr );
void *writer( void *ptr );



int queue[500000];


int main(int argc, char **argv) 
{
   pthread_t thread1, thread2;

   char *message1 = "Thread 1";
   char *message2 = "Thread 2";
   int  iret1, iret2; 


   iret1 = pthread_create( &thread1, NULL, writer, (void*) message1);
   iret2 = pthread_create( &thread2, NULL, reader, (void*) message2);

   usleep(2000);

   void pthread_exit(void *iret1 );
   void pthread_exit(void *iret2 );

   exit(0);

}



void *writer( void *ptr )
{
  // make local copy of queue head
  register int *pos = queue; 

  //   struct thread_param *tp = arg;
  int counter = 0;

  while(1)
  {
    //Write to head of queue
    *pos = 5;

    pos++;

    print_message_function(  ptr);
  }
}


void *reader( void *ptr )
{
  int counter = 0;

  // make local copy of queue head
  register int *pos = queue; 

  while(1)
  {

    // Read from tail of queue - loop when nothing
    if ( *pos == 5 ) 
    { 
      print_message_function( ptr ); 
      pos++; 
    }
  }
}



void *print_message_function( void *ptr )
{
      char *message;
      message = (char *) ptr;
      printf("%s \n", message);
}

我确实打算缓存对齐队列。

我不认为内存重新排序是个问题，因为队列头的副本是在开始时创建的，并且只有一个读取器和写入器。

我想要这个的原因是它应该比互斥锁或 CAS 操作更快。

Answer 1

对于 POSIX 线程，如果您使用互斥锁、锁等，您只有在线程之间具有数据一致性。并且一致性与您的编译器没有明确定义的接口(interface)。 (而且 volatile 绝对不是)不要那样做，所有事情都可能发生，因为优化变量的更新(这里 volatile 可能有帮助)或部分读取或写入。

C11，新的C标准有一个线程模型，包括数据一致性模型、线程创建函数和原子操作。似乎没有完全实现此功能的编译器，但 POSIX 线程之上的 gcc 或 clang 实现了您需要的功能。如果您想尝试一下并成为 future 的证明，P99为这些平台实现包装器，允许您使用新的 C11 接口(interface)。

C11 的 _Atomic 类型和操作将是实现线程间操作的无锁队列的正确工具。