多核程式設計中的條件同步模式
在多執行緒程式設計中，當對共享資源進行操作時，需要使用同步（通常是鎖或原子操作）來進行保護，以避免資料競爭問題。不幸的是，同步操作的開銷非常大，比如對乙個整數變數進行加法操作，那麼同步操作的開銷是加法操作的上百倍以上。
有沒有辦法可以減少這種同步操作的開銷呢？如果能設計出更快的鎖或更快的原子操作來，那麼這種開銷自然就減少了。以目前的技術來看，最快速的原子操作耗時也是普通加法操作的上百倍，所以從這方面著手是非常困難的。
那麼能不能從軟體演算法的角度來減少同步操作的開銷呢？答案是當然可以，基本思想是減少使用同步的次數，比如原來要使用同步
1000
次，現在改為在滿足一定條件下才使用同步，只需要
10次，那麼同步的開銷平攤下來就被減少了
100倍，效率大大提高了。下面先來看乙個共享佇列例子。
乙個普通的共享佇列通常都是使用鎖來實現，當然也有用
cas原子操作來實現的，這裡只討論用鎖來實現的共享佇列。
在有鎖保護的共享佇列中，在佇列的進隊和出隊操作時，通常都是使用鎖來進行保護的，乙個典型的使用鎖保護的出隊操作偽**如下：
template class
locked_dequeue(t &data)
在使用上面的
locked_dequeue()
函式時，每呼叫一次，就會發生一次鎖操作。事實上，並不是每次都需要加鎖操作的，比如隊列為空時，這時實際上是不需要進行出隊操作的，完全可以採取的一定的方法避免鎖操作，但是採用上面的
locked_dequeue()
函式無法避免鎖操作，這就需要對上面的函式進行改進。
一種最容易想到的方面就是先判斷佇列是否為空，如果不為空才使用鎖保護進行出隊操作。**如下：
template class
locked_dequeue_a(t &data)
}上面的
locked_dequeue_a()
函式的乙個關鍵之處是
isempty()
函式必須不能使用鎖操作，否則不僅沒有減少同步開銷，反而將同步開銷增大了近一倍。
如何來使得
isemtpy()
函式不用鎖操作呢，以陣列實現的環行隊列為例，在判斷佇列是否為空時，其基本方法是判斷隊首指標是否等於隊尾指標。偽**如下：
int isempty()
else
}由於隊首指標和隊尾指標在進隊或出隊操作時會發生改變，因此在上面的
isempty()
函式中，需要使用鎖保護，那麼如何去掉這層鎖保護呢？
基本的方法是設乙個標誌變數
emptyflag
，在進隊和出隊操作中，當隊列為空時，標誌變數的值置為
1，佇列非空時，標誌變數的值置為
0。這樣判斷佇列是否為空就可以通過
emptyflag
單個變數來進行，而單個變數的讀寫可以使用原子操作來實現，使得讀操作和普通操作一樣不存在同步操作。
下面是使用
emptyflag
變數實現的出隊操作。
template class
locked_dequeue_b(t &data)
lock();
if ( !emptyflag )//lock()前,
其他執行緒可能修改了標誌
}unlock();
}佇列的是否為空函式可以使用下面的完全不需要同步的實現。
int isempty()
從locked_dequeue_b()
函式的實現可以看出，如果佇列本來為空的情況下，它只判斷乙個
emptyflag
就返回了，不會呼叫鎖操作，減少了同步使用的次數，並且在
isempty()
函式中，根本不需要使用同步，這對於那些需要頻繁判斷佇列是否為空的使用場景，有很好的效果。
比如對於動態任務排程，假設使用普通的有鎖的共享佇列。當乙個執行緒私有隊列為空時，需要去偷取其他執行緒的共享佇列中的任務，如果偷取的隊列為空則發生了一次鎖操作，此時需要再偷另外乙個佇列的任務，如果這個佇列仍然為空則又要一次鎖操作，一次獲取任務的操作中將可能出現多次加鎖解鎖的情況。通過上面講的條件同步方法就可以在偷取取乙個任務時，只要一次鎖操作就可以實現。
上面講的條件同步模式非常適應於具有狀態機性質的場合，只有在發生狀態切換（例如佇列中空或非空的狀態的切換）時才使用同步，通過對狀態變數（例如
emptyflag
）的操作來替代其他非狀態變數
(例如隊首指標和隊尾指標
)的操作，減少同步的使用。
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