cds/intrusive/moir_queue.h

   1 //$$CDS-header$$
   2
   3 #ifndef __CDS_INTRUSIVE_MOIR_QUEUE_H
   4 #define __CDS_INTRUSIVE_MOIR_QUEUE_H
   5
   6 #include <cds/intrusive/msqueue.h>
   7
   8 namespace cds { namespace intrusive {
   9
  10     /// A variation of Michael & Scott's lock-free queue (intrusive variant)
  11     /** @ingroup cds_intrusive_queue
  12         This is slightly optimized Michael & Scott's queue algorithm that overloads \ref dequeue function.
  13
  14         Source:
  15             - [2000] Simon Doherty, Lindsay Groves, Victor Luchangco, Mark Moir
  16                 "Formal Verification of a practical lock-free queue algorithm"
  17
  18         Cite from this work about difference from Michael & Scott algo:
  19         "Our algorithm differs from Michael and Scott\92s [MS98] in that we test whether \p Tail points to the header
  20         node only <b>after</b> \p Head has been updated, so a dequeuing process reads \p Tail only once. The dequeue in
  21         [MS98] performs this test before checking whether the next pointer in the dummy node is null, which
  22         means that it reads \p Tail every time a dequeuing process loops. Under high load, when operations retry
  23         frequently, our modification will reduce the number of accesses to global memory. This modification, however,
  24         introduces the possibility of \p Head and \p Tail \93crossing\94."
  25
  26         Explanation of template arguments see intrusive::MSQueue.
  27
  28         \par Examples
  29         \code
  30         #include <cds/intrusive/moir_queue.h>
  31         #include <cds/gc/hp.h>
  32
  33         namespace ci = cds::inrtusive;
  34         typedef cds::gc::HP hp_gc;
  35
  36         // MoirQueue with Hazard Pointer garbage collector, base hook + item disposer:
  37         struct Foo: public ci::msqueue::node< hp_gc >
  38         {
  39             // Your data
  40             ...
  41         };
  42
  43         // Disposer for Foo struct just deletes the object passed in
  44         struct fooDisposer {
  45             void operator()( Foo * p )
  46             {
  47                 delete p;
  48             }
  49         };
  50
  51         typedef ci::MoirQueue<
  52             hp_gc
  53             ,Foo
  54             typename ci::msqueue::make_traits<
  55                 ,ci::opt::hook<
  56                     ci::msqueue::base_hook< ci::opt::gc<hp_gc> >
  57                 >
  58                 ,ci::opt::disposer< fooDisposer >
  59             >::type
  60         > fooQueue;
  61
  62         // MoirQueue with Hazard Pointer garbage collector,
  63         // member hook + item disposer + item counter,
  64         // without alignment of internal queue data:
  65         struct Bar
  66         {
  67             // Your data
  68             ...
  69             ci::msqueue::node< hp_gc > hMember;
  70         };
  71
  72         struct barQueueTraits: public ci::msqueue::traits
  73         {
  74             typedef ci::msqueue::member_hook< offsetof(Bar, hMember), ,ci::opt::gc<hp_gc> > hook;
  75             typedef fooDisposer disposer;
  76             typedef cds::atomicity::item_counter item_counter;
  77             enum { aligment = cds::opt::no_special_alignment alignment };
  78         };
  79         typedef ci::MoirQueue< hp_gc, Bar, barQueueTraits > barQueue;
  80         \endcode
  81     */
  82     template <typename GC, typename T, typename Traits = cds::intrusive::msqueue::traits>
  83     class MoirQueue: public MSQueue< GC, T, Traits >
  84     {
  85         //@cond
  86         typedef MSQueue< GC, T, Traits > base_class;
  87         typedef typename base_class::node_type node_type;
  88         //@endcond
  89
  90     public:
  91         //@cond
  92         typedef typename base_class::value_type value_type;
  93         typedef typename base_class::back_off   back_off;
  94         typedef typename base_class::gc         gc;
  95         typedef typename base_class::node_traits node_traits;
  96         typedef typename base_class::memory_model   memory_model;
  97         //@endcond
  98
  99         /// Rebind template arguments
 100         template < typename GC2, typename T2, typename Traits2 >
 101         struct rebind {
 102             typedef MoirQueue< GC2, T2, Traits2> other   ;   ///< Rebinding result
 103         };
 104
 105     protected:
 106         //@cond
 107         typedef typename base_class::dequeue_result dequeue_result;
 108         typedef typename base_class::node_to_value node_to_value;
 109
 110         bool do_dequeue( dequeue_result& res )
 111         {
 112             back_off bkoff;
 113
 114             node_type * pNext;
 115             node_type * h;
 116             while ( true ) {
 117                 h = res.guards.protect( 0, base_class::m_pHead, node_to_value() );
 118                 pNext = res.guards.protect( 1, h->m_pNext, node_to_value() );
 119
 120                 if ( pNext == nullptr )
 121                     return false    ;    // queue is empty
 122
 123                 if ( base_class::m_pHead.compare_exchange_strong( h, pNext, memory_model::memory_order_release, atomics::memory_order_relaxed )) {
 124                     node_type * t = base_class::m_pTail.load(memory_model::memory_order_acquire);
 125                     if ( h == t )
 126                         base_class::m_pTail.compare_exchange_strong( t, pNext, memory_model::memory_order_release, atomics::memory_order_relaxed );
 127                     break;
 128                 }
 129
 130                 base_class::m_Stat.onDequeueRace();
 131                 bkoff();
 132             }
 133
 134             --base_class::m_ItemCounter;
 135             base_class::m_Stat.onDequeue();
 136
 137             res.pHead = h;
 138             res.pNext = pNext;
 139             return true;
 140         }
 141         //@endcond
 142
 143     public:
 144         /// Dequeues a value from the queue
 145         /** @anchor cds_intrusive_MoirQueue_dequeue
 146             See warning about item disposing in \p MSQueue::dequeue.
 147         */
 148         value_type * dequeue()
 149         {
 150             dequeue_result res;
 151             if ( do_dequeue( res )) {
 152                 base_class::dispose_result( res );
 153                 return node_traits::to_value_ptr( *res.pNext );
 154             }
 155             return nullptr;
 156         }
 157
 158         /// Synonym for \ref cds_intrusive_MoirQueue_dequeue "dequeue" function
 159         value_type * pop()
 160         {
 161             return dequeue();
 162         }
 163     };
 164
 165 }} // namespace cds::intrusive
 166
 167 #endif // #ifndef __CDS_INTRUSIVE_MOIR_QUEUE_H