Added missing header, doc fixed
[libcds.git] / cds / container / split_list_map_rcu.h
1 //$$CDS-header$$
2
3 #ifndef CDSLIB_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_RCU_H
4 #define CDSLIB_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_RCU_H
5
6 #include <cds/container/split_list_set_rcu.h>
7 #include <cds/details/binary_functor_wrapper.h>
8
9 namespace cds { namespace container {
10
11     /// Split-ordered list map (template specialization for \ref cds_urcu_desc "RCU")
12     /** @ingroup cds_nonintrusive_map
13         \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu
14
15         Hash table implementation based on split-ordered list algorithm discovered by Ori Shalev and Nir Shavit, see
16         - [2003] Ori Shalev, Nir Shavit "Split-Ordered Lists - Lock-free Resizable Hash Tables"
17         - [2008] Nir Shavit "The Art of Multiprocessor Programming"
18
19         See intrusive::SplitListSet for a brief description of the split-list algorithm.
20
21         Template parameters:
22         - \p RCU - one of \ref cds_urcu_gc "RCU type"
23         - \p Key - key type to be stored in the map
24         - \p Value - value type to be stored in the map
25         - \p Traits - type traits, default is \p split_list::traits. Instead of declaring \p %split_list::traits -based
26             struct you may apply option-based notation with \p split_list::make_traits metafunction.
27
28         <b>Iterators</b>
29
30         The class supports a forward unordered iterator (\ref iterator and \ref const_iterator).
31         You may iterate over split-list map items only under RCU lock.
32         Only in this case the iterator is thread-safe since
33         while RCU is locked any map's item cannot be reclaimed.
34         The requirement of RCU lock during iterating means that deletion of the elements
35         is not possible.
36
37         @warning The iterator object cannot be passed between threads.
38         Due to concurrent nature of split-list map it is not guarantee that you can iterate
39         all elements in the map: any concurrent deletion can exclude the element
40         pointed by the iterator from the map, and your iteration can be terminated
41         before end of the map. Therefore, such iteration is more suitable for debugging purposes
42
43         The iterator class supports the following minimalistic interface:
44         \code
45         struct iterator {
46             // Default ctor
47             iterator();
48
49             // Copy ctor
50             iterator( iterator const& s);
51
52             value_type * operator ->() const;
53             value_type& operator *() const;
54
55             // Pre-increment
56             iterator& operator ++();
57
58             // Copy assignment
59             iterator& operator = (const iterator& src);
60
61             bool operator ==(iterator const& i ) const;
62             bool operator !=(iterator const& i ) const;
63         };
64         \endcode
65         Note, the iterator object returned by \ref end, \p cend member functions points to \p nullptr and should not be dereferenced.
66
67         \par Usage
68
69         You should decide what garbage collector you want, and what ordered list you want to use. Split-ordered list
70         is original data structure based on an ordered list. Suppose, you want construct split-list map based on \p cds::urcu::general_buffered<> GC
71         and \p MichaelList as ordered list implementation. Your map should map \p int key to \p std::string value.
72         So, you beginning your program with following include:
73         \code
74         #include <cds/urcu/general_buffered.h>
75         #include <cds/container/michael_list_rcu.h>
76         #include <cds/container/split_list_map_rcu.h>
77
78         namespace cc = cds::container;
79         \endcode
80         The inclusion order is important:
81         - first, include one of \ref cds_urcu_gc "RCU implementation" (<tt>cds/urcu/general_buffered.h</tt> in our case)
82         - second, include the header of ordered-list implementation (for this example, <tt>cds/container/michael_list_rcu.h</tt>),
83         - then, the header for RCU-based split-list map <tt>cds/container/split_list_map_rcu.h</tt>.
84
85         Now, you should declare traits for split-list map. The main parts of traits are a hash functor for the map key and a comparing functor for ordered list.
86         We use \p std::hash<int> and \p std::less<int>.
87
88         The second attention: instead of using \p %MichaelList in \p %SplitListMap traits we use a tag \p ds::contaner::michael_list_tag
89         for the Michael's list.
90         The split-list requires significant support from underlying ordered list class and it is not good idea to dive you
91         into deep implementation details of split-list and ordered list interrelations. The tag paradigm simplifies split-list interface.
92
93         \code
94         // SplitListMap traits
95         struct foo_set_traits: public cc::split_list::traits
96         {
97             typedef cc::michael_list_tag   ordered_list    ;   // what type of ordered list we want to use
98             typedef std::hash<int>         hash            ;   // hash functor for the key stored in split-list map
99
100             // Type traits for our MichaelList class
101             struct ordered_list_traits: public cc::michael_list::traits
102             {
103                 typedef std::less<int> less   ;   // use our std::less predicate as comparator to order list nodes
104             };
105         };
106         \endcode
107
108         Now you are ready to declare our map class based on \p %SplitListMap:
109         \code
110         typedef cc::SplitListMap< cds::urcu::gc<cds::urcu::general_buffered<> >, int, std::string, foo_set_traits > int_string_map;
111         \endcode
112
113         You may use the modern option-based declaration instead of classic traits-based one:
114         \code
115         typedef cc::SplitListMap<
116             cds::urcu::gc<cds::urcu::general_buffered<> >  // RCU type
117             ,int                    // key type
118             ,std::string            // value type
119             ,cc::split_list::make_traits<      // metafunction to build split-list traits
120                 cc::split_list::ordered_list<cc::michael_list_tag>     // tag for underlying ordered list implementation
121                 ,cc::opt::hash< std::hash<int> >        // hash functor
122                 ,cc::split_list::ordered_list_traits<    // ordered list traits desired
123                     cc::michael_list::make_traits<    // metafunction to build lazy list traits
124                         cc::opt::less< std::less<int> >         // less-based compare functor
125                     >::type
126                 >
127             >::type
128         >  int_string_map;
129         \endcode
130         In case of option-based declaration using \p split_list::make_traits metafunction the struct \p foo_set_traits is not required.
131
132         Now, the map of type \p int_string_map is ready to use in your program.
133
134         Note that in this example we show only mandatory \p traits parts, optional ones is the default and they are inherited
135         from cds::container::split_list::traits.
136         There are many other useful options for deep tuning the split-list and ordered-list containers.
137     */
138     template <
139         class RCU,
140         typename Key,
141         typename Value,
142 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
143         class Traits = split_list::traits
144 #else
145         class Traits
146 #endif
147     >
148     class SplitListMap< cds::urcu::gc< RCU >, Key, Value, Traits >:
149         protected container::SplitListSet<
150             cds::urcu::gc< RCU >,
151             std::pair<Key const, Value>,
152             split_list::details::wrap_map_traits<Key, Value, Traits>
153         >
154     {
155         //@cond
156         typedef container::SplitListSet<
157             cds::urcu::gc< RCU >,
158             std::pair<Key const, Value>,
159             split_list::details::wrap_map_traits<Key, Value, Traits>
160         >  base_class;
161         //@endcond
162
163     public:
164         typedef cds::urcu::gc< RCU > gc; ///< Garbage collector
165         typedef Key     key_type;    ///< key type
166         typedef Value   mapped_type; ///< type of value to be stored in the map
167         typedef Traits  traits;     ///< Map traits
168
169         typedef std::pair<key_type const, mapped_type> value_type;     ///< key-value pair type
170         typedef typename base_class::ordered_list      ordered_list;   ///< Underlying ordered list class
171         typedef typename base_class::key_comparator    key_comparator; ///< key comparison functor
172
173         typedef typename base_class::hash           hash;         ///< Hash functor for \ref key_type
174         typedef typename base_class::item_counter   item_counter; ///< Item counter type
175         typedef typename base_class::stat           stat;         ///< Internal statistics
176
177         typedef typename base_class::rcu_lock       rcu_lock;   ///< RCU scoped lock
178         typedef typename base_class::exempt_ptr     exempt_ptr; ///< pointer to extracted node
179         /// Group of \p extract_xxx functions require external locking if underlying ordered list requires that
180         static CDS_CONSTEXPR const bool c_bExtractLockExternal = base_class::c_bExtractLockExternal;
181         typedef typename base_class::raw_ptr        raw_ptr;    ///< type of \p get() return value
182
183         //@cond
184         typedef cds::container::split_list::implementation_tag implementation_tag;
185         //@endcond
186
187     protected:
188         //@cond
189         typedef typename base_class::maker::traits::key_accessor key_accessor;
190         //@endcond
191
192     public:
193         /// Forward iterator
194         typedef typename base_class::iterator iterator;
195
196         /// Const forward iterator
197         typedef typename base_class::const_iterator const_iterator;
198
199         /// Returns a forward iterator addressing the first element in a map
200         /**
201             For empty map \code begin() == end() \endcode
202         */
203         iterator begin()
204         {
205             return base_class::begin();
206         }
207
208         /// Returns an iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
209         /**
210             Do not use the value returned by <tt>end</tt> function to access any item.
211             The returned value can be used only to control reaching the end of the map.
212             For empty map \code begin() == end() \endcode
213         */
214         iterator end()
215         {
216             return base_class::end();
217         }
218
219         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a map
220         //@{
221         const_iterator begin() const
222         {
223             return base_class::begin();
224         }
225         const_iterator cbegin() const
226         {
227             return base_class::cbegin();
228         }
229         //@}
230
231         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
232         //@{
233         const_iterator end() const
234         {
235             return base_class::end();
236         }
237         const_iterator cend() const
238         {
239             return base_class::cend();
240         }
241         //@}
242
243     public:
244         /// Initializes split-ordered map of default capacity
245         /**
246             The default capacity is defined in bucket table constructor.
247             See \p intrusive::split_list::expandable_bucket_table, \p intrusive::split_list::static_bucket_table
248             which selects by \p split_list::dynamic_bucket_table option.
249         */
250         SplitListMap()
251             : base_class()
252         {}
253
254         /// Initializes split-ordered map
255         SplitListMap(
256             size_t nItemCount           ///< estimated average item count
257             , size_t nLoadFactor = 1    ///< load factor - average item count per bucket. Small integer up to 10, default is 1.
258             )
259             : base_class( nItemCount, nLoadFactor )
260         {}
261
262     public:
263         /// Inserts new node with key and default value
264         /**
265             The function creates a node with \p key and the default value, and then inserts the node created into the map.
266
267             Preconditions:
268             - The \p key_type should be constructible from value of type \p K.
269             - The \p mapped_type should be default-constructible.
270
271             The function applies RCU lock internally.
272
273             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
274         */
275         template <typename K>
276         bool insert( K const& key )
277         {
278             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
279             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ) );
280         }
281
282         /// Inserts new node
283         /**
284             The function creates a node with copy of \p val value
285             and then inserts the node into the map.
286
287             Preconditions:
288             - The \p key_type should be constructible from \p key of type \p K.
289             - The \p mapped_type should be constructible from \p val of type \p V.
290
291             The function applies RCU lock internally.
292
293             Returns \p true if \p val is inserted into the map, \p false otherwise.
294         */
295         template <typename K, typename V>
296         bool insert( K const& key, V const& val )
297         {
298             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
299             return base_class::insert( std::make_pair(key, val) );
300         }
301
302         /// Inserts new node and initialize it by a functor
303         /**
304             This function inserts new node with key \p key and if inserting is successful then it calls
305             \p func functor with signature
306             \code
307                 struct functor {
308                     void operator()( value_type& item );
309                 };
310             \endcode
311
312             The argument \p item of user-defined functor \p func is the reference
313             to the map's item inserted:
314                 - <tt>item.first</tt> is a const reference to item's key that cannot be changed.
315                 - <tt>item.second</tt> is a reference to item's value that may be changed.
316
317             It should be keep in mind that concurrent modifications of \p <tt>item.second</tt> in \p func body
318             should be careful. You shouldf guarantee that during changing item's value in \p func no any other changes
319             could be made on this \p item by concurrent threads.
320
321             \p func is called only if inserting is successful.
322
323             The function allows to split creating of new item into two part:
324             - create item from \p key;
325             - insert new item into the map;
326             - if inserting is successful, initialize the value of item by calling \p func functor
327
328             This can be useful if complete initialization of object of \p mapped_type is heavyweight and
329             it is preferable that the initialization should be completed only if inserting is successful.
330
331             The function applies RCU lock internally.
332         */
333         template <typename K, typename Func>
334         bool insert_with( K const& key, Func func )
335         {
336             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
337             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ), func );
338         }
339
340         /// For key \p key inserts data of type \p mapped_type created in-place from \p args
341         /**
342             \p key_type should be constructible from type \p K
343
344             The function applies RCU lock internally.
345
346             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
347         */
348         template <typename K, typename... Args>
349         bool emplace( K&& key, Args&&... args )
350         {
351             return base_class::emplace( std::forward<K>(key), std::move(mapped_type(std::forward<Args>(args)...)));
352         }
353
354         /// Ensures that the \p key exists in the map
355         /**
356             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
357
358             If the \p key not found in the map, then the new item created from \p key
359             is inserted into the map; in this case the \p key_type should be
360             constructible from type \p K.
361             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
362             The functor \p Func signature is:
363             \code
364                 struct my_functor {
365                     void operator()( bool bNew, value_type& item );
366                 };
367             \endcode
368             with arguments:
369             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
370             - \p item - item of the list
371
372             The functor may change any fields of the \p item.second that is \p mapped_type;
373             however, \p func must guarantee that during changing no any other modifications
374             could be made on this item by concurrent threads.
375
376             The function applies RCU lock internally.
377
378             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is true if operation is successfull,
379             \p second is true if new item has been added or \p false if the item with \p key
380             already is in the list.
381
382             @warning For \ref cds_nonintrusive_MichaelKVList_gc "MichaelKVList" as the ordered list see \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting".
383             \ref cds_nonintrusive_LazyKVList_gc "LazyKVList" provides exclusive access to inserted item and does not require any node-level
384             synchronization.
385         */
386         template <typename K, typename Func>
387         std::pair<bool, bool> ensure( K const& key, Func func )
388         {
389             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
390             return base_class::ensure( std::make_pair( key, mapped_type() ),
391                 [&func](bool bNew, value_type& item, value_type const& /*val*/) {
392                     func( bNew, item );
393                 } );
394         }
395
396         /// Deletes \p key from the map
397         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_erase_val
398
399             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
400
401             Return \p true if \p key is found and deleted, \p false otherwise
402         */
403         template <typename K>
404         bool erase( K const& key )
405         {
406             return base_class::erase( key );
407         }
408
409         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
410         /**
411             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_erase_val "erase(K const&)"
412             but \p pred is used for key comparing.
413             \p Less functor has the interface like \p std::less.
414             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
415         */
416         template <typename K, typename Less>
417         bool erase_with( K const& key, Less pred )
418         {
419             CDS_UNUSED( pred );
420             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
421         }
422
423         /// Deletes \p key from the map
424         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_erase_func
425
426             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
427             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
428
429             The functor \p Func interface is:
430             \code
431             struct extractor {
432                 void operator()(value_type& item) { ... }
433             };
434             \endcode
435
436             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
437
438             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
439         */
440         template <typename K, typename Func>
441         bool erase( K const& key, Func f )
442         {
443             return base_class::erase( key, f );
444         }
445
446         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
447         /**
448             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_erase_func "erase(K const&, Func)"
449             but \p pred is used for key comparing.
450             \p Less functor has the interface like \p std::less.
451             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
452         */
453         template <typename K, typename Less, typename Func>
454         bool erase_with( K const& key, Less pred, Func f )
455         {
456             CDS_UNUSED( pred );
457             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(), f );
458         }
459
460         /// Extracts an item from the map
461         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_extract
462             The function searches an item with key equal to \p key in the map,
463             unlinks it from the map, and returns \ref cds::urcu::exempt_ptr "exempt_ptr" pointer to the item found.
464             If the item with the key equal to \p key is not found the function returns an empty \p exempt_ptr.
465
466             Depends on ordered list you should or should not lock RCU before calling of this function:
467             - for the set based on \ref cds_intrusive_MichaelList_rcu "MichaelList" RCU should not be locked
468             - for the set based on \ref cds_intrusive_LazyList_rcu "LazyList" RCU should be locked
469             See ordered list implementation for details.
470
471             \code
472             typedef cds::urcu::gc< general_buffered<> > rcu;
473
474             // Split-list set based on MichaelList by default
475             typedef cds::container::SplitListMap< rcu, int, Foo > splitlist_map;
476
477             splitlist_map theMap;
478             // ...
479
480             typename splitlist_map::exempt_ptr p;
481
482             // For MichaelList we should not lock RCU
483
484             // Now, you can apply extract function
485             p = theMap.extract( 10 )
486             if ( p ) {
487                 // do something with p
488                 ...
489             }
490
491             // We may safely release p here
492             // release() passes the pointer to RCU reclamation cycle
493             p.release();
494             \endcode
495         */
496         template <typename K>
497         exempt_ptr extract( K const& key )
498         {
499             return base_class::extract( key );
500         }
501
502         /// Extracts an item from the map using \p pred predicate for searching
503         /**
504             The function is an analog of \p extract(K const&) but \p pred is used for key comparing.
505             \p Less functor has the interface like \p std::less.
506             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
507         */
508         template <typename K, typename Less>
509         exempt_ptr extract_with( K const& key, Less pred )
510         {
511             CDS_UNUSED( pred );
512             return base_class::extract_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>());
513         }
514
515         /// Finds the key \p key
516         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_find_cfunc
517
518             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
519             The interface of \p Func functor is:
520             \code
521             struct functor {
522                 void operator()( value_type& item );
523             };
524             \endcode
525             where \p item is the item found.
526
527             The functor may change \p item.second. Note that the functor is only guarantee
528             that \p item cannot be disposed during functor is executing.
529             The functor does not serialize simultaneous access to the map's \p item. If such access is
530             possible you must provide your own synchronization schema on item level to exclude unsafe item modifications.
531
532             The function applies RCU lock internally.
533
534             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
535         */
536         template <typename K, typename Func>
537         bool find( K const& key, Func f )
538         {
539             return base_class::find( key, [&f](value_type& pair, K const&){ f( pair ); } );
540         }
541
542         /// Finds the key \p key using \p pred predicate for searching
543         /**
544             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_find_cfunc "find(K const&, Func)"
545             but \p pred is used for key comparing.
546             \p Less functor has the interface like \p std::less.
547             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
548         */
549         template <typename K, typename Less, typename Func>
550         bool find_with( K const& key, Less pred, Func f )
551         {
552             CDS_UNUSED( pred );
553             return base_class::find_with( key,
554                 cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(),
555                 [&f](value_type& pair, K const&){ f( pair ); } );
556         }
557
558         /// Finds the key \p key
559         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_find_val
560
561             The function searches the item with key equal to \p key
562             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
563
564             The function applies RCU lock internally.
565         */
566         template <typename K>
567         bool find( K const& key )
568         {
569             return base_class::find( key );
570         }
571
572         /// Finds the key \p key using \p pred predicate for searching
573         /**
574             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_find_val "find(K const&)"
575             but \p pred is used for key comparing.
576             \p Less functor has the interface like \p std::less.
577             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
578         */
579         template <typename K, typename Less>
580         bool find_with( K const& key, Less pred )
581         {
582             CDS_UNUSED( pred );
583             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
584         }
585
586         /// Finds \p key and return the item found
587         /** \anchor cds_intrusive_SplitListMap_rcu_get
588             The function searches the item with key equal to \p key and returns the pointer to item found.
589             If \p key is not found it returns empty \p raw_ptr.
590
591             Note the compare functor should accept a parameter of type \p K that can be not the same as \p value_type.
592
593             RCU should be locked before call of this function.
594             Returned item is valid only while RCU is locked:
595             \code
596             typedef cds::urcu::gc< general_buffered<> > rcu;
597             typedef cds::container::SplitListMap< rcu, int, Foo > splitlist_map;
598             splitlist_map theMap;
599             // ...
600             {
601                 // Lock RCU
602                 typename splitlist_map::rcu_lock lock;
603
604                 typename splitlist_map::raw_ptr pVal = theMap.get( 5 );
605                 if ( pVal ) {
606                     // Deal with pVal
607                     //...
608                 }
609                 // Unlock RCU by rcu_lock destructor
610                 // pVal can be retired by disposer at any time after RCU has been unlocked
611             }
612             \endcode
613         */
614         template <typename K>
615         raw_ptr get( K const& key )
616         {
617             return base_class::get( key );
618         }
619
620         /// Finds \p key with predicate specified and return the item found
621         /**
622             The function is an analog of \ref cds_intrusive_SplitListMap_rcu_get "get(K const&)"
623             but \p pred is used for comparing the keys.
624
625             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p K
626             in any order.
627             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
628         */
629         template <typename K, typename Less>
630         raw_ptr get_with( K const& key, Less pred )
631         {
632             CDS_UNUSED( pred );
633             return base_class::get_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>());
634         }
635
636         /// Clears the map (not atomic)
637         void clear()
638         {
639             base_class::clear();
640         }
641
642         /// Checks if the map is empty
643         /**
644             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the map is empty.
645             Thus, the correct item counting is an important part of the map implementation.
646         */
647         bool empty() const
648         {
649             return base_class::empty();
650         }
651
652         /// Returns item count in the map
653         size_t size() const
654         {
655             return base_class::size();
656         }
657
658         /// Returns internal statistics
659         stat const& statistics() const
660         {
661             return base_class::statistics();
662         }
663     };
664
665 }} // namespace cds::container
666
667 #endif // #ifndef CDSLIB_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_RCU_H