c++ - 无等待或无锁初始化

Question

我一直在研究惰性初始化(假设是全局变量，但它可以是任何东西)。到目前为止，我想出的是类似

enum state {
    uninitialized,
    initializing,
    initialized
};
state s;
char memory[sizeof(T)];
T& initialize() {
    auto val = compare_and_swap(&s, state::uninitialized, state::initializing);
    if (val == initialized)
        return *(T*)memory;
    if (val == initializing) {
        while(atomic_read(&s) != state::initialized);
        return *(T*)memory;
    }
    new (memory) T();
    atomic_write(&s, state::initialized);
    return *(T*)memory;
}

在已经初始化的情况下，它是免等待的。但是我在一个线程正在初始化的情况下遇到了问题。完成初始化或等待初始化完成所需的步骤数与线程数不成比例。但是如果初始化线程被暂停，其他线程都必须任意等待直到它恢复。所以在一般情况下它不是无锁或无等待的。

是否可以创建无等待或无锁的惰性初始化？

Answer 1

如果您愿意初始化多个对象，那么您可以通过仅存储一个指针来编写无锁代码:

std::atomic<T *> p { nullptr };

T & get()
{
    T * q = p.load();
    if (!q)
    {
        T * r = new T;
        if (p.compare_exchange_strong(q, r))
        {
            return *r;
        }
        else
        {
            delete r;
            return *q;
        }
    }
    return *q;
}

无锁算法的代价是你通常必须“尝试并失败”，所以即使你不得不丢弃结果，你也必须付出在本地尝试的代价。

正如您正确指出的那样，如果只有一个线程执行初始化，您将始终依赖于该单个线程，并且您不能无锁。

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如果析构函数有副作用，您还需要相应的清理代码:

delete p.exchange(nullptr);