揭开 MCS 锁的神秘面纱：原理与实现

2023-12-22 12:48:21

在并行编程的世界里，锁是一个至关重要的概念，用于协调对共享资源的访问。在众多锁实现中，MCS（Mellor-Crummey-Scott）锁以其出色的性能和可扩展性而著称。在这篇文章中，我们将深入探讨 MCS 锁的原理和实现，帮助您掌握这一并行编程中的强大工具。

MCS 锁原理

MCS 锁是一种无锁数据结构，这意味着它可以在没有锁的情况下协调对共享资源的访问。其核心思想是基于一个队列，等待获取锁的线程被排列在这个队列中。当锁释放时，队列中的下一个线程将自动获取锁，而无需使用任何显式锁机制。

MCS 锁通过以下方式工作：

初始化队列： 在 MCS 锁的初始状态下，一个队列被创建，用于存储等待获取锁的线程。
获取锁： 当一个线程需要获取锁时，它会将自己添加到队列的末尾并等待。
释放锁： 当持有锁的线程释放锁时，它会检查队列，并将锁传递给队列中的下一个线程。

MCS 锁实现

MCS 锁的实现涉及使用共享变量和原子操作。最常见的实现如下：

class MCSLock {
public:
    void lock() {
        node *my_node = new node;
        tail->next = my_node;
        tail = my_node;
        while (my_node->locked) { /* spin */ }
    }

    void unlock() {
        tail = tail->next;
        if (tail != NULL) {
            tail->locked = false;
        }
    }

private:
    struct node {
        bool locked;
        node *next;
    };

    node *head = new node{false, NULL};
    node *tail = head;
};