Основной принцип lock-free алгоритмов заключается в том, что при параллельном доступе к данным хотя бы один поток всегда может завершить свою операцию за конечное число шагов, независимо от активности других потоков. Это достигается за счет использования атомарных операций, таких как Compare-And-Swap (CAS), Fetch-And-Add (FAA) и других, предоставляемых процессором.
Отличия от блокировок:
| Особенность | Lock-based (с блокировками) | Lock-free (без блокировок) |
|---|---|---|
| Прогресс | Поток может быть заблокирован | Хотя бы один поток прогрессирует |
| Взаимоблокировка | Возможна | Невозможна |
| Необходимость планировщика | Высокая | Меньше |
| Сложность реализации | Относительно проще для простых случаев | Выше, требуется careful design |
Применимость:
Lock-free структуры данных и алгоритмы часто применяются в высоконагруженных системах, где минимизация задержек и предотвращение блокировок критически важны:
Пример использования CAS:
goСложности lock-free:
Разработка lock-free алгоритмов сложнее из-за необходимости тщательно продумывать взаимодействие потоков и использование атомарных операций. Возможны проблемы, такие как ABA problem, требующие дополнительных механизмов, например, double-word CAS.