拆分引用计数在无锁堆栈中如何工作？

问题描述

我正在阅读 C++ 并发操作 2nd。 它为无锁堆栈引入了拆分引用计数。

一种可能的技术涉及对每个节点使用不是一个而是两个引用计数：一个内部计数和一个外部计数。这些值的总和就是对节点的引用总数。外部计数与指向节点的指针一起保存，每次读取指针时都会增加。当阅读器完成节点时，它会减少内部计数。一个简单的读取指针的操作，完成后外部计数加一，内部计数减一。

以上短语解释了拆分引用计数的简要概念。听起来外部计数总是增加而内部计数总是减少。

当不再需要外部计数/指针配对时（节点不再可以从多个线程可访问的位置访问），内部计数增加外部计数的值减一并丢弃外部计数器.一旦内部计数等于零，就没有对节点的未完成引用，可以安全地删除它。使用原子操作更新共享数据仍然很重要。现在让我们看看一个无锁堆栈的实现，它使用这种技术来确保只有在安全的情况下才会回收节点。

但是在上面的短语中，当节点不再可访问时，内部计数应该增加外部计数的值减一。我对这个解释很困惑。

(1) 使用内部计数和外部计数的确切目的是什么？

(2) 为什么它需要两个引用计数而不是一个？

编辑： 我在下面添加了书中的示例代码。

template <typename T>
class lock_free_stack {
 private:
  struct node;
  struct counted_node_ptr {
    int external_count;
    node* ptr;
  };
  struct node {
    std::shared_ptr<T> data;
    std::atomic<int> internal_count;
    counted_node_ptr next;
    node(T const& data_)
        : data(std::make_shared<T>(data_)),internal_count(0) {}
  };
  std::atomic<counted_node_ptr> head;

  void increase_head_count(counted_node_ptr& old_counter) {
    counted_node_ptr new_counter;
    do {
      new_counter = old_counter;
      ++new_counter.external_count;
    } while (!head.compare_exchange_strong(old_counter,new_counter,std::memory_order_acquire,std::memory_order_relaxed));
    old_counter.external_count = new_counter.external_count;
  }

 public:
  ~lock_free_stack() {
    while (pop())
      ;
  }

  void push(T const& data) {
    counted_node_ptr new_node;
    new_node.ptr = new node(data);
    new_node.external_count = 1;
    new_node.ptr->next = head.load();
    while (!head.atomic_compare_exchange_weak(new_node.ptr->next,new_node,std::memory_order_release,std::memory_order_relaxed))
      ;
  }

  std::shared_ptr<T> pop() {
    counted_node_ptr old_head = head.load(std::memory_order_relaxed);
    for (;;) {
      increase_head_count(old_head);
      node* const ptr = old_head.ptr;

      if (!ptr) {
        return std::shared_ptr<T>();
      }

      if (head.compare_exchange_strong(old_head,ptr->next,std::memory_order_relaxed)) {
        std::shared_ptr<T> res;
        res.swap(ptr->data);
        int const count_increase = old_head.external_count - 2;
        if (ptr->internal_count.fetch_add(
                count_increase,std::memory_order_release) == -count_increase) {
          delete ptr;
        }
        return res;
      } else if (ptr->internal_count.fetch_add(-1,std::memory_order_relaxed) ==
                 1) {
        ptr->internal_count.load(std::memory_order_acquire);
        delete ptr;
      }
    }
  }
};

解决方法

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