现代数据结构答案

【问题标题】：Modern data structures现代数据结构
【发布时间】：2012-03-11 11:37:08
【问题描述】：

我刚刚意识到我经常使用的所有数据结构都非常古老而且非常简单。链表、哈希表、树，甚至更复杂的变体，如 VLists 或 RBTrees 都是相当古老的发明。

其中大多数是为串行、单 CPU 世界而设计的，需要适应在并行环境中工作。

我们有哪些更新、更好的数据结构？为什么它们没有被广泛使用？

如果您必须实现并喜欢简单的简单旧链表，我理解使用简单的旧链表，但有大量的 STL 和大量第三方库，如 Guava 或 Boost，为什么我还在散列周围加锁？

难道我们没有潜在的标准、经过严格验证的现代数据结构，可以真正替换值得信赖的老前辈吗？

【问题讨论】：

因为旧的没毛病？如果它没有坏，就不要修理它吗？
Z80 也没有错误。幸运的是，它被“修复”了。
您对新数据结构的期望是什么？例如，同步是一个实现细节，它本身不是数据结构的一部分。此外，纯函数式数据结构不需要锁，因为它们不会发生变异。

标签： data-structures

【解决方案1】：

旧的没有错。保持灵活性的一个好方法是分离关注点。普通（旧式）数据结构关注数据的存储方式。锁定是一个完全不同的问题，它不应该是数据结构的一部分。

锁定是一项潜在的昂贵操作，因此如果可以，您应该一次锁定多个结构以优化您的代码。 IE。锁定关键部分而不是数据结构。如果您直接将锁定添加到您的数据结构中，您就不可能以这种方式进行优化。此外，这将引入隐式同步点，您可能不希望也无法控制。

这并没有回答您问题的不同方面。 “为什么我们需要锁定”部分。答案是，有时没有办法绕过它。您要么需要在某处锁定，要么完全依赖原子操作，要么完全不允许突变。

正如我上面指出的，方法一是不可行的，因为你失去了优化的潜力并且你有隐含的同步点。

仅在您的数据结构（即非锁定结构）中使用原子操作仍然是一个开放的研究问题，并且可能并不总是可行。我知道一些非锁定结构，即队列、列表等，但我从未听说过非锁定树。此外，非锁定结构往往会变得更加复杂和缓慢，因此我们仍然需要一些更好的线程本地数据结构，并且只能将这些添加到我们的数据结构动物园中。

在我看来，完全没有可变数据结构是最好的方法。可变性往往比它的价值更麻烦。然而，这是来自函数式编程的概念，只有在这样的环境中才有意义。然而，函数式编程被大多数程序员视为一个深奥的概念。大多数实际用于生产工作的语言主要使用非功能性概念（这并不意味着它实际上更复杂或更容易出错，它只是反映了开发人员当前的培训状态）。在我看来，函数式编程将变得更加广泛，一旦人们开始注意到它会在眨眼间自动解决他们的线程问题。其他几种语言现在已经在借鉴函数式语言，因此这可能是我们将发现数据结构的下一次演变的地方。

【讨论】：

-1 表示对 FP 的咆哮，以及不可变结构在它之外毫无意义的荒谬声明。
@larsmans：你在哪里看到对 FP 的咆哮？仔细阅读。我是 FP for FP 的大力支持者，所以你不会看到我对它的咆哮。我所说的是 FP 没有被广泛使用的事实。查看 TIOBE 以了解使用情况。 LISP 是第一个出现在 2012 年和 2011 年排名中的 FP 语言，排在第 15 位。Haskell、OCaml、Erlang、Clojure 只排在后面。大多数程序员不知道 FP 是如何工作的，大多数公司也不使用它。这是事实，但这与 FP 是否是个好主意的概念无关（我认为这是个好主意）。
@larsmans：我同意，不可变数据结构在 FP 之外很有用，但完全不同的问题。在我认识的程序员中，只有大约 10% 知道如何使用 FP。其中大多数来自python和其他采用它的语言，但并不纯粹。实际上只有大约 5% 的人可以在其中相处。取消可变性将使大多数程序员绝对无助，所以现在它只是一个坏主意。这不是对不变性的咆哮，而是对程序员的咆哮，他们从不关心他们领域之外的任何事情，他们中的大多数人。

【解决方案2】：

如果您想要无锁数据结构，请研究persistent data structures。这些在函数式编程世界中最流行，但也适用于其他领域。大多数持久性 DS 是普通列表、树等的变体，但最近几年出现了诸如 hash tries 等较新的 DS。

【讨论】：