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多线程编程之顺序锁
一、什么是顺序锁
顺序锁对读写锁的一种优化，使用顺序锁时，读不会被写执行单元阻塞（在读写锁中，写操作必须要等所有读操作完成才能进行）。也就是说，当向一个临界资源中写入的同时，也可以从此临界资源中读取，即实现同时读写，但是不允许同时写数据。如果读执行单元在读操作期间，写执行单元已经发生了写操作，那么，读执行单元必须重新开始，这样保证了数据的完整性，当然这种可能是微乎其微。顺序锁的性能是非常好的，同时他允许读写同时进行，大大的提高了并发性。
二、顺序锁的缺陷
顺序锁的缺陷在于，互斥访问的资源不能是指针，因为写操作有可能导致指针失效，而读操作对失效的指针进行操作将会发生意外错误。
顺序锁在某些场合比读写锁更加高效，但读写锁可以适用于所有场合，而顺序锁不行，所以顺序锁不能完全替代读写锁。
三、顺序锁的实现
在Linux内核中，有顺序锁的实现方案：
typedef struct { unsigned sequence; /* 顺序计数器 */ spinlock_t lock;} seqlock_t;static inline void write_seqlock(seqlock_t *sl){ spin_lock(&sl->lock); ++sl->sequence; smp_wmb();}static inline void write_sequnlock(seqlock_t *sl){ smp_wmb(); sl->sequence++; spin_unlock(&sl->lock);}static __always_inline unsigned read_seqbegin(const seqlock_t *sl){ unsigned ret;repeat: ret = ACCESS_ONCE(sl->sequence); if (unlikely(ret & 1)) { cpu_relax(); goto repeat; } smp_rmb(); return ret;} /* * Test if reader processed invalid data. * * If sequence value changed then writer changed data while in section. */static __always_inline int read_seqretry(const seqlock_t *sl, unsigned start ){ smp_rmb(); return unlikely(sl->sequence != start);}
四、顺序锁的用法
顺序锁的写操作单元执行如下代码：
write_seqlock(&seqlock); write_something(); // 写操作代码块write_sequnlock(&seqlock);
顺序锁的读操作单元执行如下代码：
do{ seqnum = read_seqbegin(&seqlock); // 读执行单元在访问共享资源时要调用该函数，返回锁seqlock的顺序号 read_something(); // 读操作代码段 } while( read_seqretry(&seqlock, seqnum)); // 在读结束后调用此函数来检查，是否有写执行单元对资源进行操作，若有则重新读。
五、Windows平台下的一种实现方式
参考《多线程的那点儿事（之顺序锁）》文章内容，整理了Windows平台下的一种顺序锁实现方式。代码如下：
typedef struct _SEQUENCE_LOCK{ unsigned int sequence; HANDLE hLock;}SEQUENCE_LOCK;unsigned int get_lock_begin(SEQUENCE_LOCK* hSeqLock){ assert(NULL != hSeqLock); return hSeqLock->sequence; } int get_lock_retry(SEQUENCE_LOCK* hSeqLock, unsigned int value){ unsigned int new_value; assert(NULL != hSeqLock); new_value = hSeqLock->sequence; return (new_value & 0x1) || (new_value ^ value); }void get_write_lock(SEQUENCE_LOCK* hSeqLock){ assert(NULL != hSeqLock); WaitForSingleObject(hSeqLock->hLock); hSeqLock->sequence ++;} void release_write_lock(SEQUENCE_LOCK* hSeqLock){ assert(NULL != hSeqLock); hSeqLock->sequence ++; ReleaseMutex(hSeqLock->hLock);}
使用时候的方法类似，参考如下代码：
void read_process(SEQUENCE_LOCK* hSeqLock){ unsigned int sequence; do{ sequence = get_lock_begin(hSeqLock); /* read operation */ }while(get_lock_retry(hSeqLock, sequence));}void write_process(SEQUENCCE_LOCK* hSeqLock){ get_write_lock(hSeqLock); /* write operation */ release_write_lock(hSeqLock);}
可以看出，这里的顺序锁原理和用法也是一样的。
小结：
- 读锁退出有两种情况：写操作正在进行；或者没有写锁
- 写锁之间需要互斥操作
- 互斥操作的资源不能是指针，否则有可能在访问的时候会造成异常，因为有可能边写边读
- 顺序锁代替不了读写锁，因为读写锁可以保证所有的数据操作，而顺序锁不行
多线程编程之顺序锁
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