c++ - C++でスレッドセーフな参照カウントを実装する方法

Question

C++プログラミング言語のX86CPUに、効率的でスレッドセーフな参照カウントシステムをどのように実装しますか？

私は常に、重要な操作がアトミックではなく、使用可能なX86インターロック操作が参照カウントシステムを実装するには不十分であるという問題に遭遇します。

次の記事ではこのトピックについて説明していますが、特別なCPU命令が必要です。

http://www.ddj.com/architect/184401888

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最近では、Boost/TR1 shared_ptr<> スマートポインターを使用して、参照カウント参照を維持できます。

よく働く; 大騒ぎする必要はありません。shared_ptr<> クラスは、refcount で必要なすべてのロックを処理します。

score 5 · Accepted Answer

In VC++, you can use _InterlockedCompareExchange.

do
   read the count
   perform mathematical operation
   interlockedcompareexchange( destination, updated count, old count)
until the interlockedcompareexchange returns the success code.

On other platforms/compilers, use the appropriate intrinsic for the LOCK CMPXCHG instruction that MS's _InterlockedCompareExchange exposes.

score 3 · Accepted Answer

厳密に言えば、純粋な C++ でスレッドセーフコードを記述できるようになるには、C++0x まで待つ必要があります。

今のところ、Posix を使用するか、独自のプラットフォームに依存しないラッパーを作成して、比較とスワップおよび/またはインターロックされたインクリメント/デクリメントを処理できます。

score 2 · Accepted Answer

Win32 の InterlockedIncrementAcquire と InterlockedDecrementRelease (安全を確保し、並べ替えの可能性があるプラットフォームを考慮したい場合は、メモリバリアを同時に発行する必要があります) または InterlockedIncrement と InterlockedDecrement (x86 のままでいることが確実な場合) はアトミックであり、仕事をする。

とはいえ、Boost/TR1 shared_ptr<> はこれらすべてを処理するため、独自に実装する必要がない限り、おそらくそれに固執するために最善を尽くすでしょう。

score 1 · Accepted Answer

ロックは非常に高価であり、オブジェクトが現在 1 つのスレッドによって所有されている場合でも、スマートポインター間でオブジェクトを渡すたびに発生することに注意してください (スマートポインターライブラリはそれを認識していません)。

これを考えると、ここに適用できる経験則があるかもしれません (修正できてうれしいです!)

以下の事項に該当する場合：

デストラクタを記述するのが難しい複雑なデータ構造 (または、設計上、STL スタイルの値セマンティクスが不適切な場合) があるため、それを行うためのスマートポインタが必要です。
これらのオブジェクトを共有する複数のスレッドを使用していて、
正確さだけでなくパフォーマンスも気にする

...その後、実際のガベージコレクションの方が良い選択かもしれません。GC のパフォーマンスは評判が悪いですが、それはすべて相対的なものです。スマートポインターのロックと比べて非常に有利だと思います。これは、CLR チームが参照カウントを使用するものではなく真の GC を選択した理由の重要な部分でした。この記事を参照してください。特に、カウントが行われている場合の参照割り当ての意味のこの明確な比較を参照してください。

参照カウントなし:

a = b;

参照カウント:

if (a != null)
    if (InterlockedDecrement(ref a.m_ref) == 0)
            a.FinalRelease();

if (b != null)
    InterlockedIncrement(ref b.m_ref);

a = b;

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その ddj 記事に投稿された特定のコードは、スマートポインターを使用する際のバグを考慮して複雑さを増しています。

具体的には、スマートポインターが別のスマートポインターへの代入で変更されないことを保証できない場合は、それが間違っているか、そもそも非常に信頼できないことを行っています。スマートポインターが別のスマートポインターに割り当てられている間に変化する可能性がある場合、それは割り当てを行うコードがスマートポインターを所有していないことを意味します。

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命令自体がアトミックでない場合は、適切な変数を更新するコードのセクションをクリティカルセクションにする必要があります。

つまり、何らかのロック方式を使用して、他のスレッドがコードのそのセクションに入るのを防ぐ必要があります。もちろん、ロックはアトミックである必要がありますが、アトミックロックメカニズムは pthread_mutex クラス内にあります。

効率性の問題: pthread ライブラリは可能な限り効率的であり、OS に対してミューテックスロックがアトミックであることを保証します。

高いですか：おそらく。しかし、保証が必要なすべてのものにはコストがかかります。

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