STM 是否为现有数据结构提供细粒度锁定？

Question

在 STM 上阅读 Bartosz Milewski 的精彩 blog post，我很高兴看到以下内容：

但要考虑一个重要的事实：STM 的粒度非常细。为了 例如，当您将项目插入树中时，STM 事务只会锁定您实际修改的节点。 STM 将轻松击败每个整体使用一个全局锁的解决方案 树。

但是，据我了解，这种行为不是自动的，是吗？如果我使用TVar (Map k a)，它不会在整个地图上充当单个全局锁吗？为了获得这种细粒度行为的好处，我（或某人）必须在内部实现包含TVars 的地图替换（例如TMap），对吗？

这似乎是一个显而易见的问题，但在阅读 STM 实现时，我对读取 TVars 和读取内存位置感到困惑。我只是想确保我做对了！

Bartosz 进一步说：

每个节点的手动锁定很难正确实现，因为 死锁的风险。

据我所知，与 STM 的不同之处在于，虽然 STM 实现实际上使用了手动锁定解决方案可能使用的锁，但锁的实际获取和释放是由运行时处理的，而不是程序员 - 正确?

Answer 1

TVar 是一个可变单元格。对于不可变结构，没有两个线程可以来回传输修改，因此我们需要一些可变单元的概念来产生效果。特别是，我们有

writeTVar :: TVar a -> a -> STM ()

创建一个SMT 操作替换可变单元格内的值。我们可以将其中一些操作排序在一起，构建一个更大更复杂的STM 操作，然后调用

atomically :: STM a -> IO a

以原子方式一次提交整个STM 操作。这是软件事务性内存的“事务性”部分：具有自己对这些可变单元格的引用的其他线程只会见证atomically-执行STM 操作的整体，没有子部分。为了实现这一点，Haskell 可能会使用锁定，或者更聪明的东西——它只是一个实现细节。 STM 唯一要求您注意的是，STM 块中的操作可能会根据需要重复运行，因此禁止修改某些共享内存单元之外的副作用。

那么我们如何实现细粒度的并发呢？很容易：我们只是为不同的线程提供了更多的可变单元来同步。例如，我们可以读取至少 3 种不同的 Map 类型。

TVar (Map k v)
Map k (TVar v)
TVar (Map k (TVar v))

第一个将允许并发线程一次对整个Map 进行修改，这样就不会看到部分更改。第二，允许对任何存储值进行更改，但保持映射本身的结构（键的选择和存储值的选择）是不可变的，并且更改不能轻易传播到其他线程。

最后的选择，TVar (Map k (TVar v)) 是最灵活的。我们可以通过在外部TVar 上同步来对Map 进行大规模修改，我们可以通过读取值-TVars 并同步其中的操作来更改存储在映射中的值。可用于此类树的全套可能语义有无数种，允许“整个Map 锁定”和“单个值锁定”同时发生。