设计一个无锁线程安全的队列通常涉及使用原子操作和合适的内存模型。以下是实现一个无锁队列的一种基本方法，使用C++11的std::atomic。
无锁队列的基本思路：
- 节点结构：定义一个节点（Node）结构，用于存储数据和指向下一个节点的指针。
- 头尾指针：维护两个原子指针，一个指向队列头部，一个指向尾部。
- 入队操作：在入队时创建新的节点并将其添加到尾部，同时更新尾部指针。
- 出队操作：在出队时获取头部节点，将头部指针移动到下一个节点。
示例代码：
#include <atomic>
#include <memory>
template<typename T>
class LockFreeQueue {
private:
struct Node {
std::shared_ptr<T> data;
Node* next;
Node() : data(nullptr), next(nullptr) {}
};
std::atomic<Node*> head;
std::atomic<Node*> tail;
public:
LockFreeQueue() {
Node* dummy = new Node();
head.store(dummy);
tail.store(dummy);
}
~LockFreeQueue() {
while (Node* oldHead = head.load()) {
head.store(oldHead->next);
delete oldHead;
}
}
void enqueue(const T& value) {
auto newNode = new Node();
newNode->data = std::make_shared<T>(value);
Node* oldTail;
while (true) {
oldTail = tail.load();
if (oldTail->next == nullptr) { // Check if the tail's next is empty
if (tail.load()->next.compare_exchange_strong(oldTail->next, newNode)) {
break; // Successfully added to the queue
}
} else {
// Tail was moved forward, update our pointer.
tail.compare_exchange_strong(oldTail, oldTail->next);
}
}
// Move the tail pointer forward
tail.compare_exchange_strong(oldTail, newNode);
}
std::shared_ptr<T> dequeue() {
Node* oldHead;
while (true) {
oldHead = head.load();
if (oldHead == tail.load()) {
return nullptr; // Queue is empty
}
Node* next = oldHead->next;
if (head.compare_exchange_strong(oldHead, next)) {
return oldHead->data; // Successfully dequeued
}
}
}
};
说明：
- 使用了原子操作
compare_exchange_strong来保证线程安全，而不需要加锁。 - 节点通过智能指针管理，以避免内存泄漏。
- 在入队和出队过程中，如果检测到其他线程已改变了状态，会重试直到成功。
注意事项：
- 无锁数据结构相对复杂，调试和维护难度较高。在生产环境中，应谨慎选择。
- 在实际应用中，需要考虑可能出现的ABA问题，可以采用标记位或者版本号来解决。
这种方法提供了一种基于无锁算法的简单实现，但实际情况中可能需要进一步优化以满足具体性能需求。
内容由零声教学AI助手提供，问题来源于学员提问
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(item) => item.id === info.sourceId
);
if (sourceNode.to.includes(info.targetId)) {
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