SPSC无原子无锁队列

Question

我的记录器在SPSC队列下面。

它肯定不是一个通用的SPSC无锁队列。

然而，考虑到关于它将如何使用、目标体系结构等的一系列假设，以及一些可以接受的折衷(我将在下面详细介绍这些权衡)，我的问题基本上是，它是否安全/是否有效？

• 它将只用于x86_64体系结构，因此对uint16_t的写入将是原子化的。
• 只有生产者更新tail。
• 只有使用者更新head。
• 如果生产者读取head的旧值，那么队列中的空间将比实际少，这在所使用的上下文中是一个可接受的限制。
• 如果使用者读取tail的旧值，那么队列中等待的数据似乎比实际少，这也是一个可以接受的限制。

上述限制是可以接受的，因为：

• 使用者可能不会立即获得最新的tail，但最终将到达最新的tail，并将记录排队的数据。
• 生产者可能不会立即得到最新的head，所以队列看起来比实际的更满。在我们的负载测试中，我们已经发现了我们记录的数量与队列的大小，以及记录器排出队列的速度，这个限制没有影响-队列中总是有空间。

最后一点，必须使用volatile来防止每个线程只读取的变量被优化。

我的问题：

• 这个逻辑正确吗？
• 队列线程安全吗？
• volatile足够了吗？
• volatile有必要吗？

My队列：

class LogBuffer
{
public:
    bool is_empty() const { return head_ == tail_; }
    bool is_full()  const { return uint16_t(tail_ + 1) == head_; }
    LogLine& head()       { return log_buffer_[head_]; }
    LogLine& tail()       { return log_buffer_[tail_]; }
    void advance_head()   { ++head_; }
    void advance_hail()   { ++tail_; }
private:
    volatile uint16_t tail_ = 0;     // write position
    LogLine log_buffer_[0xffff + 1]; // relies on the uint16_t overflowing
    volatile uint16_t head_ = 0;     // read position
};

Answer 1

这个逻辑正确吗？

是。

队列线程安全吗？

不是的。

挥发性足够了吗？不稳定是必要的吗？

不对两个人来说。易失性不是使任何变量线程安全的神奇关键字。您仍然需要为索引使用原子变量或内存屏障，以确保在生成或使用项时内存排序是正确的。

具体来说，在您为队列生成或使用一个项之后，您需要发出一个内存屏障，以保证其他线程将看到这些更改。当您更新原子变量时，许多原子库将为您完成此操作。

顺便说一句，使用"was_empty“而不是"is_empty”来明确它的功能。此调用的结果是时间上的一个实例，它可能在您对其值进行操作时发生了更改。