Определение свойств синхронизации потоков: Lock-Free, Wait-Free и Wait-Freedom в алгоритмах на Delphi

Delphi , Компоненты и Классы , Потоки

В многопоточном программировании существует несколько терминов, описывающих алгоритмы синхронизации данных между потоками. Вопрос заключается в том, когда можно сказать, что алгоритм является Lock-Free, Wait-Free или Wait-Freedom. Под Lock-Free понимается, что любой поток может продолжать выполнение своей работы, даже если другие потоки временно заблокированы. Wait-Free и Wait-Freedom – это более строгие требования, которые предполагают отсутствие задержек для любого потока при выполнении операций синхронизации.

Определение алгоритмов синхронизации потоков

Lock-Free

Алгоритм считается Lock-Free, если любая операция синхронизации завершается в конечном счете, даже если другие потоки временно заблокированы или задержаны. Это означает, что хотя поток может испытать некоторую задержку, он не будет заблокирован навсегда.

Wait-Free

Wait-Free алгоритм гарантирует, что любая операция синхронизации будет завершена без какой-либо задержки для любого потока. Это означает, что если один поток пытается выполнить операцию, он сделает это немедленно, независимо от состояния других потоков.

Wait-Freedom

Термин Wait-Freedom часто используется для описания систем, в которых нет необходимости ждать освобождения ресурсов, так как ресурсы всегда доступны или алгоритм обеспечивает их быстрое освобождение без блокировок.

Пример алгоритма на Delphi

Рассмотрим пример реализации кольцевого буфера (Ring Buffer), который использует методы Lock-Free для синхронизации в многопоточной среде. Код на Object Pascal (Delphi) может выглядеть следующим образом:

function TgjRingBuffer.InsertLeft(const link: PPointer): Integer;
var
  AtStartReference: Cardinal;
  CPUTimeStamp: Int64;
  CurrentLeft, CurrentReference, Reference: Cardinal;
  NewLeft: PReferencedPtr;
begin
  // Инициализация...
  // Проверка на отсутствие потоков в буфере или таймаут текущего потока
  repeat
    CurrentReference := Left.Reference;
  until (CurrentReference AND 1 = 0) or (GetCPUTimeStamp - CPUTimeStamp > 0);
  // Пытаемся установить ссылку на новый элемент буфера
  // Если операция не удалась, поток повторяет попытку
  if not CAS32(CurrentReference, Reference, Left.Reference) then
    goto TryAgain;
  // Продолжение...

  // Операции по расчету нового адреса и проверке буфера...
  // Завершение процедуры с результатом...
end;

Подтвержденный ответ

Алгоритм, представленный выше, не является полностью Wait-Free, так как он предсказывает максимальное время выполнения операции и при его превышении прерывает работу потока. Также потоки могут ожидать некоторое время перед перезапуском работы прерванного потока, что указывает на отсутствие строгого соответствия определению Wait-Free.

Альтернативный ответ

Для более глубокого понимания алгоритмов синхронизации потоков рекомендуется ознакомиться с материалами по неблокирующей синхронизации, а также с работами ведущих специалистов в области системного программирования, таких как Robert Sedgewick, который занимался разработкой продвинутых алгоритмов для синхронизации потоков.

Заключение

При разработке многопоточных приложений на Delphi важно понимать различия между Lock-Free, Wait-Free и Wait-Freedom алгоритмами, чтобы выбрать наиболее подходящий для конкретных условий и требований проекта. Примеры использования CAS операций и других техник синхронизации в Object Pascal могут помочь в достижении высокой производительности и надежности многопоточных приложений.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Контекст связан с определением и примерами алгоритмов синхронизации потоков в программировании на Delphi, с акцентом на понятия Lock-Free, Wait-Free и Wait-Freedom.

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 ::