Исправление ошибок в lock-free стеке на Delphi: понимание проблем атомарности

Delphi , Компоненты и Классы , Потоки

Вопрос разработчика Антона Е. связан с созданием lock-free стека в Delphi, который работает корректно в большинстве случаев, но иногда дает сбои при сильном стрессе. Основная проблема заключается в использовании атомарных операций для управления доступом к стеку, но даже они не гарантируют стабильности в условиях многопоточности.

Анализ проблемы

Пользователь столкнулся с проблемой, когда, несмотря на применение атомарных операций InterlockedCompareExchange, его lock-free стек на Delphi XE4 для 32-битного приложения на Windows 7-64 все еще иногда выдавал ошибки. Проблема проявлялась в виде потери данных, дублирования записей и, предположительно, в коррупции указателей или оперативной памяти.

Пример кода стека

type      POBNode          = ^TOBNode;
[volatile]TOBNode          = record
                        [volatile]Next   : POBNode;
                                  Data   : Int64;
                                 end;

type TOBStack  = class
                      private
                       [volatile]Head:POBNode; 
                      function Pop:POBNode;
                      procedure Push(NewNode:POBNode);
                     end;

procedure TOBStack.Push(NewNode:POBNode);
var zTmp : POBNode;
begin;
    repeat
     zTmp:=InterlockedCompareExchangePointer(Pointer(Head),nil,nil);
     NewNode.Next:=zTmp;
     if InterlockedCompareExchangePointer(Head,NewNode,zTmp)=zTmp
        then break;
     else continue;
    until false;
end;

function TOBStack.Pop:POBNode;
begin;
     repeat
      Result:=InterlockedCompareExchangePointer(Pointer(Head),nil,nil);
      if Result=nil
         then exit;
      NewHead:=Result.Next;
      if InterlockedCompareExchangePointer(Pointer(Head),NewHead,Result)=Result
         then break;
      else continue;
     until False;
end;

Обсуждение проблем атомарности

Ошибки, с которыми столкнулся пользователь, могут быть вызваны несколькими причинами:

1. Проблема ABA: Если поток проверяет значение указателя на голову стека, а затем другой поток выполняет операцию push-pop, первый поток может продолжить работу с устаревшими данными, что приведет к ошибке.
2. Корректное использование [volatile]: Атрибут [volatile] предназначен для обеспечения видимости переменных между потоками, но в некоторых случаях он может быть избыточным или неэффективным.
3. Тестирование кода: Пользователь отмечает, что его тесты могут быть неадекватными, что указывает на возможные проблемы в тестовом коде.

Подтвержденный ответ

Проблема, скорее всего, связана с проблемой ABA. Когда поток пытается обновить указатель на голову стека, он может столкнуться с ситуацией, когда другой поток уже изменил состояние стека, но адрес не изменился (ABA - Address Before Access). Это приводит к тому, что поток продолжает работу с устаревшими данными, что может вызвать коррупцию стека.

Рекомендации

• Использовать проверенные библиотеки, такие как OmniThreadLibrary, которые предоставляют надежные реализации lock-free структур.
• Тщательно тестировать код, особенно в условиях многопоточности, и убедиться, что тесты покрывают все возможные сценарии использования.
• Обратить внимание на возможные проблемы, связанные с переиспользованием узлов и их уничтожением, что может привести к нежелательным последствиям при работе с указателями.

Заключение

Разработка lock-free структур требует глубокого понимания проблем атомарности и многопоточности. Пользователь столкнулся с типичной проблемой, которая может возникнуть при реализации таких структур, и решение заключается в тщательном анализе кода и использовании проверенных решений.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Разработчик Антон Е. сталкивается с проблемами в реализации lock-free стека на Delphi, связанными с атомарностью и многопоточностью, что приводит к ошибкам в работе стека под сильным стрессом.

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 ::