Programming

前言 随着现代处理器的发展和多核多CPU体系结构的大面积应用，C和C++编程面临着更加复杂和陡峭的学习曲线。特别是基于多线程带来的并行编程，带来了很多内存并行访问的问题。这需要非常专业的知识，深入了解CPU指令集，内存访问，CPU Cache等体系结构的底层知识，才能正确写好高性能和安全的并行程序。最近十多年，学术和工业界在并行编程方面进行了非常多创新的探索和研究，总结出一套优秀的编程实践和并行内存管理组件，并在Linux内核和大型开源软件中广泛应用。这里选取和内存对象管理有关的三个编程组件进行介绍，分别是引用计数Reference Counting，Hazard Pointer和RCU，都属于延迟处理类型的组件。本文目的一是为了个人学习的总结，另外也是给更多感兴趣的同学以启发。 引用计数 引用计数的思想很简单，通过原子变量来追踪对象的引用数量，来防止错误地销毁对象。这种思想最早可以追溯到20世纪40年代：当时工人们如果要修理危险的大型机械，他们会在进入机器之前，在机器开关上面挂一把锁，防止他在里面的时候被其他人误开机器。这也说明了引用计数的作用：通过计数来管理对象的生命周期。 以shared pointer为例，参考gcc shared_ptr实现，做了一些简化，样例代码如下： // 计数管理类 template <typename T> class RefCount { public: RefCount(T *p = nullptr) : ptr_(p), cnt_(1) {} ~RefCount() { // 如果计数为0，销毁自己 if (Release()) { delete this; } } RefCount(const RefCount<T> &rc) = delete; void operator=(const RefCount<T> &rc) = delete; // 原子++ void AddRef() { ++cnt_; } // 原子--，如果计数为0，销毁保存的对象 bool Release() { if (cnt_.fetch_sub(1, std::memory_order_acq_rel) == 1) { delete ptr_; return true; } return false; } // 返回管理的指针 T *Get() const noexcept { return ptr_; } private: T *ptr_; // 管理的对象指针 std::atomic_int32_t cnt_; // 原子计数 }; // 包装为智能指针 template <typename T> class SharedPtr { public: SharedPtr() noexcept : rc_(nullptr) {} SharedPtr(T *p) : rc_(nullptr) { rc_ = new RefCount(p); } // 创建引用计数对象 SharedPtr(const SharedPtr<T> &sp) : rc_(sp.rc_) { if (rc_ != nullptr) { rc_->AddRef(); // 增加计数 } } // 计数减一 ~SharedPtr() { rc_->Release(); } // 获取裸指针 T *Get() { return rc_->Get(); } // 拷贝操作，当前指针计数减一，被拷贝指针计数加一 SharedPtr &operator=(const SharedPtr<T> &p) { RefCount<T> *tmp = p.rc_; if (tmp != rc_) { if (tmp != nullptr) { tmp->AddRef(); // 拷贝调用也增加计数 } if (rc_ != nullptr) { rc_->Release(); // 当前管理的计数减少引用 } rc_ = tmp; } return *this; } private: RefCount<T> *rc_; // 计数对象 }; 整个代码是比较易懂的。一般来说引用计数都是采用原子变量在构造和析构的时候分别+1和-1的。当计数为0的时候，则销毁管理的对象。 ...