В данной статье хочу поднять несколько холиварную тему — тему безлоковых алгоритмов, а в частности реализации безлокового стека. Точнее, стек этот условно безлоковый, почему — будет ясно далее. Хочу сразу предупредить, что все примеры будут даны на языке C.

Для начала, для тех кто не очень в теме, хочу вкратце рассказать, что такое безлоковые алгоритмы, и зачем они нужны. Зачастую в многопоточных приложениях используется доступ к одним и тем же данным из нескольких потоков, как пример могу привести очередь обработки. Для того чтобы эти данные оставались консистентными (целостными) необходимы методы их защиты от одновременных несогласованных изменений. Обычно такими методами являются всевозможные локи, (спинлоки, мьютексы), которые полностью предотвращают одновременный доступ к данным, закрываясь перед доступом к данным на чтение или запись, и открываясь после того, как необходимая операция завершилась.

Введение

В былые времена я увлекался компьютерной графикой, как 2х так и 3х мерной, в том числе математическими визуализациями. Что называется just for fun, будучи студентом, написал программу визуализирующую N-мерные фигуры, вращающиеся в любых измерениях, хотя практически меня хватило только на определение точек для 4-D гиперкуба. Но это только присказка. Любовь к геометрии осталась у меня с тех пор и по сей день, и я до сих пор люблю решать интересные задачи интересными способами.
Одна из таких задач попалась мне в 2010 году. Сама задача достаточно тривиальна: необходимо найти, пересекаются ли два 2-D отрезка, и если пересекаются — найти точку их пересечения. Более интересно решение, которое, я считаю, получилось достаточно элегантным, и которое я хочу предложить на суд читателя. На оригинальность алгоритма не претендую (хотя и хотелось бы), но в сети подобных решений я найти не смог.

Доступ к одим и тем же данным в нескольких потоках считается плохой практикой, но во многих случаях это неизбежно, и это не тот вопрос, который обсуждается здесь. Вопрос который здесь обсуждается, это как организовать такой доступ наиболее безопасным способом. Также тут не обсуждаются атомарные операции, которые тут упоминаются: разные компиляторы предлагают различные средства для таких операций.

В многопоточной среде при использовании объекта или структуры данных, один из главных вопросов, помимо прочего, это гарантия того, что объект к которому производится доступ все еще жив и память, выделенная для структуры не освобождена.

Это может быть сделано несколькими способами, но мы будем говорить только о двух из них: хэндлы (handles) и встроенные счётчики ссылок (intrusive reference counters).