Structures de données d'arborescence concurrentes sans mise à jour et à temps constant?

$O(1)$

Cela signifie que si vous modifiez la structure de données, la caractéristique importante est que vous pouvez effectuer tous les mods sur une structure de données privée, puis échanger les modifications dans une seule instruction atomique.

La liberté de verrouillage est généralement plus facile lorsque vos structures de données sont immuables ( purement fonctionnelles ). Vous gardez simplement un pointeur global vers la version actuelle de la structure de données. Les lecteurs n'ont pas besoin de verrouiller quoi que ce soit. Les modifications de la structure des données sont effectuées en échangeant le pointeur global sur une structure de données immuable à une autre.

Par exemple: si vous avez un arbre équilibré purement fonctionnel, vous:

Enregistrez le pointeur global actuel sur la racine de l'arborescence.
Créez une nouvelle arborescence qui insère ou supprime un nœud. (Ceci est logarithmique en temps et en espace dans le nombre de nœuds actuellement dans l'arborescence, et implique de créer de nouveaux nœuds du point de modification jusqu'à la racine, et de simplement pointer tout ce qui est nouveau vers les anciennes parties de la version précédente de la structure de données. )
Comparez et échangez atomiquement le pointeur global à la racine. (Notez que cela peut échouer si une autre modification s'est produite entre le moment où vous avez enregistré l'ancien pointeur racine et maintenant. Si cela se produit, vous revenez à l'étape 1 et réessayez. Il s'agit du "contrôle de concurrence optimiste".)

Notez que la partie la plus importante est ce que j'ai dit ci-dessus à propos de la nécessité de maintenir des invariants de représentation. Il n'est généralement pas suffisant d'avoir un algorithme qui effectue atomiquement un changement au milieu de l'arbre. Pourquoi? Par exemple: vous pourriez avoir un thread de lecture qui est en train d'effectuer une traversée en précommande de l'arborescence. Si vous modifiez un nœud qui est un ancêtre du nœud qu'ils lisent actuellement, vous allez invalider les conditions préalables qu'ils pensaient avoir appliquées. Le lecteur doit être en mesure de travailler avec la structure de données exactement comme elle était avant d'effectuer votre modification, ou exactement comme elle le sera après avoir effectué votre modification. Pas quelque chose entre les deux.

$O(log(N))$ $O(N)$

— Logique errante
source

Je pense que les techniques d'attente active, par exemple avec comparaison et échange, sont généralement appelées «sans verrouillage», donc il existe des moyens de sortir, même dans le cadre mutable.

— Raphael

Je ne connais pas le terme d' attente active (et Google n'aide pas). (Si vous parlez du travail de Kogan et Petrank, cela montre comment transformer des algorithmes sans verrouillage en attente.) J'ai ajouté une modification sur la façon dont vous pouvez gérer la mutabilité de la liberté de verrouillage en général.

— Wandering Logic

Par "attente active", je veux dire quelque chose comme while ( !P ) { noOp(); } doWork();où noOppeut être un sleepou similaire.

— Raphael

Dans la partie Modifier , vous avez mentionné la technique pour rendre les structures de données mutables sans verrouillage. Comme indiqué, nous copions l'intégralité de la structure de données, faisons des mods sur la copie, puis utilisons la primitive CAS. Cependant, comment rendre l' Copyétape atomique? Cela semble être un autre problème difficile de atomic snapshot.

— hengxin

@hengxin: considérez la primitive CAS comme un opérateur de "publication". Avant que la structure de données ne soit publiée, seul le thread effectuant les modifications y a accès. Une fois la structure des données publiée, elle est immuable. L'étape de copie n'a pas besoin d'être atomique car la seule chose qu'un thread pourrait copier est une version publiée, qui est immuable. Si deux threads tentent simultanément de muter, ils copient tous les deux la même structure de données immuable, modifient leurs copies locales, puis l'une des opérations CAS réussit et l'autre échoue. Celui qui échoue doit être recopié et mis à jour.

— Wandering Logic du