有可能陷入 compare_exchange 的循环吗？答案

【问题标题】：It is possible to getting stuck in the compare_exchange's loop?有可能陷入 compare_exchange 的循环吗？
【发布时间】：2020-03-30 13:17:43
【问题描述】：

考虑这段代码（来自'C++ concurrency in action' [第二版]：第 212 页）：

void LockFreeStack::pop (stack_data& result)
{
    Node* old_head = head.load();
    while(!head.compare_exchange_weak(old_head, old_head->next))
        ;
    result = old_head->data;
}

我认为线程一个执行pop() 是可能的，并且在执行第一行（加载head）后，时间切片发生在线程二上，它正在执行push(T&)。所以现在head 原子变量的值不等于old_head 并且while-loop 不会中断。
对吗？

【问题讨论】：

compare_exchange_weak 更新其第一个参数以匹配第二个。这就是打破循环的原因。

标签： c++ atomic gcc9

【解决方案1】：

假设head 是std::atomic<Node*>，那么代码是正确的，因为当compare_exchange_weak 失败时，它将变量的当前值加载到它的第一个参数中，在compare_exchange_weak 调用之后old_head 将始终包含当前head 的值。

代码大致相当于在没有原子的情况下执行以下操作：

Node* old_head = head;
while (true)
{
  std::unique_lock lock(mutex);
  if (old_head == head)
  {
     head = old_head->next;
     break;
  }
  else
  {
     old_head = head;
  }
}

因此，对pop 的并发调用是安全的，不应永远阻塞（除非其他线程不断调用 pop 并且总是在当前线程有机会之前设置值）。

【讨论】：

【解决方案2】：

正如@Alan Birtles 已经解释的那样，您不会被困在 while 循环中。但是，重要的是要注意您的代码很可能会遇到 ABA 问题。考虑以下场景：

堆栈如下所示：A->B->C（即，头指向 A）
线程 1 加载头部（即A 的地址）和A 的下一个指针（B），但在执行 CAS 之前，它被中断了。
线程 2 弹出A，然后弹出B，然后压入A，即堆栈现在看起来像这样：A->C
线程 1 恢复并愉快地将头部从 A 更新为 B -> boom！

有几种可能的解决方案可以避免 ABA 问题，例如标记指针或并发内存回收方案。

【讨论】：