Безопасное многопоточное чтение и однопоточная запись в структурах данных на Delphi: подход без блокировок

Delphi , Компоненты и Классы , Потоки

Вопрос, поднятый в контексте, заключается в необходимости обеспечения безопасного доступа к структуре данных в памяти, которая читается множеством потоков, но записывается только одним. Текущее решение с использованием критических разделов приводит к блокировке читающих потоков, что нежелательно, так как запись происходит в другом потоке. В контексте рассмотрены два подхода к решению проблемы: использование TMultiReadExclusiveWriteSynchronizer и применение подхода без блокировок.

Подход без блокировок

Применение подхода без блокировок предполагает использование атомарных операций для синхронизации доступа к данным. В коде, предоставленном в контексте, уже реализованы некоторые аспекты такого подхода, например, использование InterlockedIncrement и InterlockedDecrement для подсчета доступа к данным.

type
  TDataManager = class
  private
    FAccessCount: Integer;
    FData: TDataClass;
  public
    procedure Read(out _Some: Integer; out _Data: Double);
    procedure Write(_Some: Integer; _Data: Double);
  end;

В методе Read используется атомарный инкремент счетчика доступа, что позволяет отслеживать количество читающих потоков. После выполнения чтения данных счетчик атомарно декрементируется.

В методе Write происходит замена данных и атомарный инкремент счетчика доступа. Если после замены данных счетчик равен нулю, старое значение данных можно безопасно освободить. В противном случае необходимо подождать, пока все читающие потоки завершат работу.

procedure TDataManager.Write(_Some: Integer; _Data: Double);
var
  NewData, OldData: TDataClass;
  ReaderCount: Integer;
begin
  NewData := TDataClass.Create(_Some, _Data);
  InterlockedIncrement(FAccessCount);
  OldData := TDataClass(InterlockedExchangePointer(Pointer(FData), Pointer(NewData)));
  ReaderCount := InterlockedDecrement(FAccessCount);
  if ReaderCount = 0 then
  begin
    // Нет активных читателей, безопасно освобождаем старое значение данных
    FreeAndNil(OldData);
  end
  else
  begin
    // Здесь проблема: нужно подождать, пока все читающие потоки закончат работу
  end;
end;

Подтвержденный ответ

Для решения проблемы ожидания завершения всех читающих потоков перед освобождением старого значения данных, можно использовать атомарный обмен значениями с проверкой. Если после обмена значение счетчика равен нулю, старое значение данных можно освободить. Если нет, то необходимо организовать ожидание, например, с помощью цикла, который будет выполняться до тех пор, пока счетчик не станет равным нулю.

Альтернативные подходы

В альтернативных ответах обсуждаются различные подходы к реализации безопасного многопоточного доступа, включая использование библиотек, таких как OmniThreadLibrary, и применение механизмов Hazard Pointers. Также рассматривается возможность использования интерфейсов и TInterfacedObject для управления жизненным циклом объектов.

Заключение

Применение подхода без блокировок для многопоточного доступа к структурам данных на Delphi требует тщательного планирования и использования атомарных операций. Важно учитывать особенности работы с потоками и возможныеrace conditions. Подходы, описанные в альтернативных ответах, могут быть полезны для глубокого понимания проблемы и выбора наиболее подходящего решения в зависимости от конкретных требований и условий использования.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Контекст обсуждения касается реализации безопасного многопоточного чтения и однопоточной записи в структурах данных на Delphi с использованием подхода без блокировок и атомарных операций для синхронизации доступа.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Потоки ::