0

0

c++中的读-复制-更新(RCU)机制如何实现? (高并发无锁读取)

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-01-10 11:25:10

|

420人浏览过

|

来源于php中文网

原创

标准C++标准库不提供RCU机制,因其依赖Linux内核底层设施;std::shared_ptr无法替代RCU,因二者语义不同:RCU等待宽限期结束,而shared_ptr析构时机不可控;用户态可采用epoch-based回收或hazard pointer等折中方案。

c++中的读-复制-更新(rcu)机制如何实现? (高并发无锁读取)

标准 C++ 标准库没有内置的 RCU(Read-Copy-Update)机制。RCU 是一种专为 Linux 内核设计的同步原语,依赖内核调度器、内存屏障、宽限期(grace period)跟踪等底层设施,C++ 运行时和标准库不提供对应抽象。

为什么 std::shared_ptr 不能直接替代 RCU

有人尝试用 std::shared_ptr 配合原子指针模拟 RCU 行为,但这是危险的简化:

  • RCU 的核心是“等待所有已进入读端临界区的线程自然退出”,而非引用计数归零;std::shared_ptr 的析构触发时机不可控,可能在读者仍在访问旧数据时就释放内存
  • RCU 要求写端显式等待宽限期(如 synchronize_rcu()),而 std::atomic 的 store/load 不隐含此语义
  • 标准 C++ 内存模型不定义“读端临界区”边界,无法安全推导宽限期结束点

用户态可模拟的轻量级 RCU 变体(需谨慎评估)

若必须在用户态实现类似 RCU 的无锁读取,常见折中方案是基于 epoch-based reclamation(EBR)或 hazard pointer,它们比内核 RCU 更易落地,但仍需自行管理内存生命周期:

  • 使用 std::atomicstd::atomic 维护全局 epoch 计数器,读者进入/退出临界区时标记当前 epoch
  • 写端更新数据后,将旧对象挂入待回收队列,并记录其失效 epoch;回收线程定期扫描,仅当所有活跃读者 epoch ≤ 失效 epoch 时才真正 delete
  • 必须配合 std::atomic_thread_fence(std::memory_order_seq_cst)std::atomic_signal_fence 确保内存可见性顺序
// 简化示意:epoch-based reader guard(非生产就绪)
class EpochGuard {
    static thread_local int current_epoch;
    static std::atomic global_epoch{0};
public:
    EpochGuard() { current_epoch = global_epoch.load(std::memory_order_acquire); }
    ~EpochGuard() { /* 通常不立即清理,由独立回收线程处理 */ }
};

实际项目中更推荐的替代方案

在用户态 C++ 中追求高并发无锁读取,应优先考虑已被充分验证的模式:

播记
播记

播客shownotes生成器 | 为播客创作者而生

下载

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

  • std::atomic + “发布-订阅”语义:写端用 store(old_ptr, std::memory_order_release) 发布新结构体,读端用 load(std::memory_order_acquire) 获取指针并拷贝内容(适用于 T 可平凡复制)
  • 细粒度 std::shared_mutex(C++17):读多写少场景下,lock_shared() 开销远低于互斥锁,且无需手动管理内存生命周期
  • 第三方库如 liburcu:它提供了用户态 RCU 实现(支持 pthread、signal-based、mb 等多种 flavor),但需链接外部库并适配其 reader registration API(如 rcu_read_lock()

真正的 RCU 正确性高度依赖执行环境对“读者何时离开临界区”的可观测性——这在用户态线程调度中难以低成本保证。除非你控制整个运行时(如嵌入式裸机或定制协程调度器),否则不要试图从零手写 RCU。

相关专题

更多
golang结构体相关大全
golang结构体相关大全

本专题整合了golang结构体相关大全,想了解更多内容,请阅读专题下面的文章。

194

2025.06.09

golang结构体方法
golang结构体方法

本专题整合了golang结构体相关内容,请阅读专题下面的文章了解更多。

186

2025.07.04

string转int
string转int

在编程中,我们经常会遇到需要将字符串(str)转换为整数(int)的情况。这可能是因为我们需要对字符串进行数值计算,或者需要将用户输入的字符串转换为整数进行处理。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读。

315

2023.08.02

int占多少字节
int占多少字节

int占4个字节,意味着一个int变量可以存储范围在-2,147,483,648到2,147,483,647之间的整数值,在某些情况下也可能是2个字节或8个字节,int是一种常用的数据类型,用于表示整数,需要根据具体情况选择合适的数据类型,以确保程序的正确性和性能。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

533

2024.08.29

c++怎么把double转成int
c++怎么把double转成int

本专题整合了 c++ double相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

51

2025.08.29

C++中int的含义
C++中int的含义

本专题整合了C++中int相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

193

2025.08.29

线程和进程的区别
线程和进程的区别

线程和进程的区别:线程是进程的一部分,用于实现并发和并行操作,而线程共享进程的资源,通信更方便快捷,切换开销较小。本专题为大家提供线程和进程区别相关的各种文章、以及下载和课程。

479

2023.08.10

数据库Delete用法
数据库Delete用法

数据库Delete用法:1、删除单条记录;2、删除多条记录;3、删除所有记录;4、删除特定条件的记录。更多关于数据库Delete的内容,大家可以访问下面的文章。

269

2023.11.13

c++主流开发框架汇总
c++主流开发框架汇总

本专题整合了c++开发框架推荐,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

25

2026.01.09

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
PostgreSQL 教程
PostgreSQL 教程

共48课时 | 6.9万人学习

Git 教程
Git 教程

共21课时 | 2.6万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号