HP refactoring:
[libcds.git] / cds / intrusive / split_list.h
1 /*
2     This file is a part of libcds - Concurrent Data Structures library
3
4     (C) Copyright Maxim Khizhinsky (libcds.dev@gmail.com) 2006-2016
5
6     Source code repo: http://github.com/khizmax/libcds/
7     Download: http://sourceforge.net/projects/libcds/files/
8     
9     Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10     modification, are permitted provided that the following conditions are met:
11
12     * Redistributions of source code must retain the above copyright notice, this
13       list of conditions and the following disclaimer.
14
15     * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice,
16       this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
17       and/or other materials provided with the distribution.
18
19     THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"
20     AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
21     IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
22     DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT HOLDER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
23     FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
24     DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
25     SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
26     CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
27     OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
28     OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
29 */
30
31 #ifndef CDSLIB_INTRUSIVE_SPLIT_LIST_H
32 #define CDSLIB_INTRUSIVE_SPLIT_LIST_H
33
34 #include <limits>
35 #include <cds/intrusive/details/split_list_base.h>
36
37 namespace cds { namespace intrusive {
38
39     /// Split-ordered list
40     /** @ingroup cds_intrusive_map
41         \anchor cds_intrusive_SplitListSet_hp
42
43         Hash table implementation based on split-ordered list algorithm discovered by Ori Shalev and Nir Shavit, see
44         - [2003] Ori Shalev, Nir Shavit "Split-Ordered Lists - Lock-free Resizable Hash Tables"
45         - [2008] Nir Shavit "The Art of Multiprocessor Programming"
46
47         The split-ordered list is a lock-free implementation of an extensible unbounded hash table. It uses original
48         recursive split-ordering algorithm discovered by Ori Shalev and Nir Shavit that allows to split buckets
49         without item moving on resizing.
50
51         \anchor cds_SplitList_algo_desc
52         <b>Short description</b>
53         [from [2003] Ori Shalev, Nir Shavit "Split-Ordered Lists - Lock-free Resizable Hash Tables"]
54
55         The algorithm keeps all the items in one lock-free linked list, and gradually assigns the bucket pointers to
56         the places in the list where a sublist of 'correct' items can be found. A bucket is initialized upon first
57         access by assigning it to a new 'dummy' node (dashed contour) in the list, preceding all items that should be
58         in that bucket. A newly created bucket splits an older bucket's chain, reducing the access cost to its items. The
59         table uses a modulo 2**i hash (there are known techniques for 'pre-hashing' before a modulo 2**i hash
60         to overcome possible binary correlations among values). The table starts at size 2 and repeatedly doubles in size.
61
62         Unlike moving an item, the operation of directing a bucket pointer can be done
63         in a single CAS operation, and since items are not moved, they are never 'lost'.
64         However, to make this approach work, one must be able to keep the items in the
65         list sorted in such a way that any bucket's sublist can be 'split' by directing a new
66         bucket pointer within it. This operation must be recursively repeatable, as every
67         split bucket may be split again and again as the hash table grows. To achieve this
68         goal the authors introduced recursive split-ordering, a new ordering on keys that keeps items
69         in a given bucket adjacent in the list throughout the repeated splitting process.
70
71         Magically, yet perhaps not surprisingly, recursive split-ordering is achieved by
72         simple binary reversal: reversing the bits of the hash key so that the new key's
73         most significant bits (MSB) are those that were originally its least significant.
74         The split-order keys of regular nodes are exactly the bit-reverse image of the original
75         keys after turning on their MSB. For example, items 9 and 13 are in the <tt>1 mod
76         4</tt> bucket, which can be recursively split in two by inserting a new node between
77         them.
78
79         To insert (respectively delete or search for) an item in the hash table, hash its
80         key to the appropriate bucket using recursive split-ordering, follow the pointer to
81         the appropriate location in the sorted items list, and traverse the list until the key's
82         proper location in the split-ordering (respectively until the key or a key indicating
83         the item is not in the list is found). Because of the combinatorial structure induced
84         by the split-ordering, this will require traversal of no more than an expected constant number of items.
85
86         The design is modular: to implement the ordered items list, you can use one of several
87         non-blocking list-based set algorithms: MichaelList, LazyList.
88
89         <b>Implementation</b>
90
91         Template parameters are:
92         - \p GC - Garbage collector. Note the \p GC must be the same as the \p GC used for \p OrderedList
93         - \p OrderedList - ordered list implementation used as a bucket for hash set, for example, \p MichaelList, \p LazyList.
94             The intrusive ordered list implementation specifies the type \p T stored in the hash-set, the reclamation
95             schema \p GC used by hash-set, the comparison functor for the type \p T and other features specific for
96             the ordered list.
97         - \p Traits - split-list traits, default is \p split_list::traits.
98             Instead of defining \p Traits struct you may use option-based syntax with \p split_list::make_traits metafunction.
99
100         There are several specialization of the split-list class for different \p GC:
101         - for \ref cds_urcu_gc "RCU type" include <tt><cds/intrusive/split_list_rcu.h></tt> - see
102             \ref cds_intrusive_SplitListSet_rcu "RCU-based split-list"
103         - for cds::gc::nogc include <tt><cds/intrusive/split_list_nogc.h></tt> - see
104             \ref cds_intrusive_SplitListSet_nogc "persistent SplitListSet".
105
106         \anchor cds_SplitList_hash_functor
107         <b>Hash functor</b>
108
109         Some member functions of split-ordered list accept the key parameter of type \p Q which differs from \p value_type.
110         It is expected that type \p Q contains full key of \p value_type, and for equal keys of type \p Q and \p value_type
111         the hash values of these keys must be equal too.
112         The hash functor \p Traits::hash should accept parameters of both type:
113         \code
114         // Our node type
115         struct Foo {
116             std::string     key_    ;   // key field
117             // ... other fields
118         };
119
120         // Hash functor
121         struct fooHash {
122             size_t operator()( const std::string& s ) const
123             {
124                 return std::hash( s );
125             }
126
127             size_t operator()( const Foo& f ) const
128             {
129                 return (*this)( f.key_ );
130             }
131         };
132         \endcode
133
134         <b>How to use</b>
135
136         First, you should choose ordered list type to use in your split-list set:
137         \code
138         // For gc::HP-based MichaelList implementation
139         #include <cds/intrusive/michael_list_hp.h>
140
141         // cds::intrusive::SplitListSet declaration
142         #include <cds/intrusive/split_list.h>
143
144         // Type of set items
145             //  Note you should declare your struct based on cds::intrusive::split_list::node
146             //  which is a wrapper for ordered-list node struct.
147             //  In our case, the node type for HP-based MichaelList is cds::intrusive::michael_list::node< cds::gc::HP >
148         struct Foo: public cds::intrusive::split_list::node< cds::intrusive::michael_list::node< cds::gc::HP > >
149         {
150             std::string     key_    ;   // key field
151             unsigned        val_    ;   // value field
152             // ...  other value fields
153         };
154
155         // Declare comparator for the item
156         struct FooCmp
157         {
158             int operator()( const Foo& f1, const Foo& f2 ) const
159             {
160                 return f1.key_.compare( f2.key_ );
161             }
162         };
163
164         // Declare base ordered-list type for split-list
165         typedef cds::intrusive::MichaelList< cds::gc::HP, Foo,
166             typename cds::intrusive::michael_list::make_traits<
167                 // hook option
168                 cds::intrusive::opt::hook< cds::intrusive::michael_list::base_hook< cds::opt::gc< cds::gc::HP > > >
169                 // item comparator option
170                 ,cds::opt::compare< FooCmp >
171             >::type
172         >  Foo_list;
173         \endcode
174
175         Second, you should declare split-list set container:
176         \code
177
178         // Declare hash functor
179         // Note, the hash functor accepts parameter type Foo and std::string
180         struct FooHash {
181             size_t operator()( const Foo& f ) const
182             {
183                 return cds::opt::v::hash<std::string>()( f.key_ );
184             }
185             size_t operator()( const std::string& s ) const
186             {
187                 return cds::opt::v::hash<std::string>()( s );
188             }
189         };
190
191         // Split-list set typedef
192         typedef cds::intrusive::SplitListSet<
193             cds::gc::HP
194             ,Foo_list
195             ,typename cds::intrusive::split_list::make_traits<
196                 cds::opt::hash< FooHash >
197             >::type
198         > Foo_set;
199         \endcode
200
201         Now, you can use \p Foo_set in your application.
202         \code
203             Foo_set    fooSet;
204             Foo * foo = new Foo;
205             foo->key_ = "First";
206
207             fooSet.insert( *foo );
208
209             // and so on ...
210         \endcode
211     */
212     template <
213         class GC,
214         class OrderedList,
215 #   ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
216         class Traits = split_list::traits
217 #   else
218         class Traits
219 #   endif
220     >
221     class SplitListSet
222     {
223     public:
224         typedef GC     gc;     ///< Garbage collector
225         typedef Traits traits; ///< Set traits
226
227     protected:
228         //@cond
229         typedef split_list::details::rebind_list_traits<OrderedList, traits> wrapped_ordered_list;
230         //@endcond
231
232     public:
233 #   ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
234         typedef OrderedList         ordered_list;   ///< type of ordered list used as a base for split-list
235 #   else
236         typedef typename wrapped_ordered_list::result   ordered_list;
237 #   endif
238         typedef typename ordered_list::value_type       value_type;     ///< type of value stored in the split-list
239         typedef typename ordered_list::key_comparator   key_comparator; ///< key comparison functor
240         typedef typename ordered_list::disposer         disposer;       ///< Node disposer functor
241
242         /// Hash functor for \p %value_type and all its derivatives that you use
243         typedef typename cds::opt::v::hash_selector< typename traits::hash >::type hash;
244
245         typedef typename traits::item_counter      item_counter; ///< Item counter type
246         typedef typename traits::back_off          back_off;     ///< back-off strategy for spinning
247         typedef typename traits::memory_model      memory_model; ///< Memory ordering. See cds::opt::memory_model option
248         typedef typename traits::stat              stat;         ///< Internal statistics, see \p spit_list::stat
249         typedef typename ordered_list::guarded_ptr guarded_ptr;  ///< Guarded pointer
250
251         /// Count of hazard pointer required
252         static CDS_CONSTEXPR const size_t c_nHazardPtrCount = ordered_list::c_nHazardPtrCount + 4; // +4 - for iterators
253
254     protected:
255         typedef typename ordered_list::node_type    list_node_type;  ///< Node type as declared in ordered list
256         typedef split_list::node<list_node_type>    node_type;       ///< split-list node type
257         typedef node_type                           dummy_node_type; ///< dummy node type
258
259         /// Split-list node traits
260         /**
261             This traits is intended for converting between underlying ordered list node type \p list_node_type
262             and split-list node type \p node_type
263         */
264         typedef split_list::node_traits<typename ordered_list::node_traits>  node_traits;
265
266         //@cond
267         /// Bucket table implementation
268         typedef typename split_list::details::bucket_table_selector<
269             traits::dynamic_bucket_table
270             , gc
271             , dummy_node_type
272             , opt::allocator< typename traits::allocator >
273             , opt::memory_model< memory_model >
274         >::type bucket_table;
275         //@endcond
276
277     protected:
278         //@cond
279         /// Ordered list wrapper to access protected members
280         class ordered_list_wrapper: public ordered_list
281         {
282             typedef ordered_list base_class;
283             typedef typename base_class::auxiliary_head       bucket_head_type;
284
285         public:
286             bool insert_at( dummy_node_type * pHead, value_type& val )
287             {
288                 assert( pHead != nullptr );
289                 bucket_head_type h(pHead);
290                 return base_class::insert_at( h, val );
291             }
292
293             template <typename Func>
294             bool insert_at( dummy_node_type * pHead, value_type& val, Func f )
295             {
296                 assert( pHead != nullptr );
297                 bucket_head_type h(pHead);
298                 return base_class::insert_at( h, val, f );
299             }
300
301             template <typename Func>
302             std::pair<bool, bool> update_at( dummy_node_type * pHead, value_type& val, Func func, bool bAllowInsert )
303             {
304                 assert( pHead != nullptr );
305                 bucket_head_type h(pHead);
306                 return base_class::update_at( h, val, func, bAllowInsert );
307             }
308
309             bool unlink_at( dummy_node_type * pHead, value_type& val )
310             {
311                 assert( pHead != nullptr );
312                 bucket_head_type h(pHead);
313                 return base_class::unlink_at( h, val );
314             }
315
316             template <typename Q, typename Compare, typename Func>
317             bool erase_at( dummy_node_type * pHead, split_list::details::search_value_type<Q> const& val, Compare cmp, Func f )
318             {
319                 assert( pHead != nullptr );
320                 bucket_head_type h(pHead);
321                 return base_class::erase_at( h, val, cmp, f );
322             }
323
324             template <typename Q, typename Compare>
325             bool erase_at( dummy_node_type * pHead, split_list::details::search_value_type<Q> const& val, Compare cmp )
326             {
327                 assert( pHead != nullptr );
328                 bucket_head_type h(pHead);
329                 return base_class::erase_at( h, val, cmp );
330             }
331
332             template <typename Q, typename Compare>
333             guarded_ptr extract_at( dummy_node_type * pHead, split_list::details::search_value_type<Q> const& val, Compare cmp )
334             {
335                 assert( pHead != nullptr );
336                 bucket_head_type h(pHead);
337                 return base_class::extract_at( h, val, cmp );
338             }
339
340             template <typename Q, typename Compare, typename Func>
341             bool find_at( dummy_node_type * pHead, split_list::details::search_value_type<Q>& val, Compare cmp, Func f )
342             {
343                 assert( pHead != nullptr );
344                 bucket_head_type h(pHead);
345                 return base_class::find_at( h, val, cmp, f );
346             }
347
348             template <typename Q, typename Compare>
349             bool find_at( dummy_node_type * pHead, split_list::details::search_value_type<Q> const& val, Compare cmp )
350             {
351                 assert( pHead != nullptr );
352                 bucket_head_type h(pHead);
353                 return base_class::find_at( h, val, cmp );
354             }
355
356             template <typename Q, typename Compare>
357             guarded_ptr get_at( dummy_node_type * pHead, split_list::details::search_value_type<Q> const& val, Compare cmp )
358             {
359                 assert( pHead != nullptr );
360                 bucket_head_type h(pHead);
361                 return base_class::get_at( h, val, cmp );
362             }
363
364             bool insert_aux_node( dummy_node_type * pNode )
365             {
366                 return base_class::insert_aux_node( pNode );
367             }
368             bool insert_aux_node( dummy_node_type * pHead, dummy_node_type * pNode )
369             {
370                 bucket_head_type h(pHead);
371                 return base_class::insert_aux_node( h, pNode );
372             }
373         };
374         //@endcond
375
376     protected:
377         ordered_list_wrapper    m_List;             ///< Ordered list containing split-list items
378         bucket_table            m_Buckets;          ///< bucket table
379         atomics::atomic<size_t> m_nBucketCountLog2; ///< log2( current bucket count )
380         atomics::atomic<size_t> m_nMaxItemCount;    ///< number of items container can hold, before we have to resize
381         item_counter            m_ItemCounter;      ///< Item counter
382         hash                    m_HashFunctor;      ///< Hash functor
383         stat                    m_Stat;             ///< Internal statistics
384
385     protected:
386         //@cond
387         typedef cds::details::Allocator< dummy_node_type, typename traits::allocator >   dummy_node_allocator;
388
389         dummy_node_type * alloc_dummy_node( size_t nHash )
390         {
391             m_Stat.onHeadNodeAllocated();
392             return dummy_node_allocator().New( nHash );
393         }
394         void free_dummy_node( dummy_node_type * p )
395         {
396             dummy_node_allocator().Delete( p );
397             m_Stat.onHeadNodeFreed();
398         }
399
400         /// Calculates hash value of \p key
401         template <typename Q>
402         size_t hash_value( Q const& key ) const
403         {
404             return m_HashFunctor( key );
405         }
406
407         size_t bucket_no( size_t nHash ) const
408         {
409             return nHash & ( (1 << m_nBucketCountLog2.load(memory_model::memory_order_relaxed)) - 1 );
410         }
411
412         static size_t parent_bucket( size_t nBucket )
413         {
414             assert( nBucket > 0 );
415             return nBucket & ~( 1 << bitop::MSBnz( nBucket ));
416         }
417
418         dummy_node_type * init_bucket( size_t nBucket )
419         {
420             assert( nBucket > 0 );
421             size_t nParent = parent_bucket( nBucket );
422
423             dummy_node_type * pParentBucket = m_Buckets.bucket( nParent );
424             if ( pParentBucket == nullptr ) {
425                 pParentBucket = init_bucket( nParent );
426                 m_Stat.onRecursiveInitBucket();
427             }
428
429             assert( pParentBucket != nullptr );
430
431             // Allocate a dummy node for new bucket
432             {
433                 dummy_node_type * pBucket = alloc_dummy_node( split_list::dummy_hash( nBucket ));
434                 if ( m_List.insert_aux_node( pParentBucket, pBucket )) {
435                     m_Buckets.bucket( nBucket, pBucket );
436                     m_Stat.onNewBucket();
437                     return pBucket;
438                 }
439                 free_dummy_node( pBucket );
440             }
441
442             // Another thread set the bucket. Wait while it done
443
444             // In this point, we must wait while nBucket is empty.
445             // The compiler can decide that waiting loop can be "optimized" (stripped)
446             // To prevent this situation, we use waiting on volatile bucket_head_ptr pointer.
447             m_Stat.onBucketInitContenton();
448             back_off bkoff;
449             while ( true ) {
450                 dummy_node_type volatile * p = m_Buckets.bucket( nBucket );
451                 if ( p != nullptr )
452                     return const_cast<dummy_node_type *>( p );
453                 bkoff();
454                 m_Stat.onBusyWaitBucketInit();
455             }
456         }
457
458         dummy_node_type * get_bucket( size_t nHash )
459         {
460             size_t nBucket = bucket_no( nHash );
461
462             dummy_node_type * pHead = m_Buckets.bucket( nBucket );
463             if ( pHead == nullptr )
464                 pHead = init_bucket( nBucket );
465
466             assert( pHead->is_dummy());
467
468             return pHead;
469         }
470
471         void init()
472         {
473             // GC and OrderedList::gc must be the same
474             static_assert( std::is_same<gc, typename ordered_list::gc>::value, "GC and OrderedList::gc must be the same");
475
476             // atomicity::empty_item_counter is not allowed as a item counter
477             static_assert( !std::is_same<item_counter, cds::atomicity::empty_item_counter>::value,
478                            "cds::atomicity::empty_item_counter is not allowed as a item counter");
479
480             // Initialize bucket 0
481             dummy_node_type * pNode = alloc_dummy_node( 0 /*split_list::dummy_hash(0)*/ );
482
483             // insert_aux_node cannot return false for empty list
484             CDS_VERIFY( m_List.insert_aux_node( pNode ));
485
486             m_Buckets.bucket( 0, pNode );
487         }
488
489         static size_t max_item_count( size_t nBucketCount, size_t nLoadFactor )
490         {
491             return nBucketCount * nLoadFactor;
492         }
493
494         void inc_item_count()
495         {
496             size_t nMaxCount = m_nMaxItemCount.load(memory_model::memory_order_relaxed);
497             if ( ++m_ItemCounter <= nMaxCount )
498                 return;
499
500             size_t sz = m_nBucketCountLog2.load(memory_model::memory_order_relaxed);
501             const size_t nBucketCount = static_cast<size_t>(1) << sz;
502             if ( nBucketCount < m_Buckets.capacity()) {
503                 // we may grow the bucket table
504                 const size_t nLoadFactor = m_Buckets.load_factor();
505                 if ( nMaxCount < max_item_count( nBucketCount, nLoadFactor ))
506                     return; // someone already have updated m_nBucketCountLog2, so stop here
507
508                 m_nMaxItemCount.compare_exchange_strong( nMaxCount, max_item_count( nBucketCount << 1, nLoadFactor ),
509                                                          memory_model::memory_order_relaxed, atomics::memory_order_relaxed );
510                 m_nBucketCountLog2.compare_exchange_strong( sz, sz + 1, memory_model::memory_order_relaxed, atomics::memory_order_relaxed );
511             }
512             else
513                 m_nMaxItemCount.store( std::numeric_limits<size_t>::max(), memory_model::memory_order_relaxed );
514         }
515
516         template <typename Q, typename Compare, typename Func>
517         bool find_( Q& val, Compare cmp, Func f )
518         {
519             size_t nHash = hash_value( val );
520             split_list::details::search_value_type<Q>  sv( val, split_list::regular_hash( nHash ));
521             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
522             assert( pHead != nullptr );
523
524             return m_Stat.onFind(
525                 m_List.find_at( pHead, sv, cmp,
526                     [&f](value_type& item, split_list::details::search_value_type<Q>& val){ f(item, val.val ); })
527             );
528         }
529
530         template <typename Q, typename Compare>
531         bool find_( Q const& val, Compare cmp )
532         {
533             size_t nHash = hash_value( val );
534             split_list::details::search_value_type<Q const>  sv( val, split_list::regular_hash( nHash ));
535             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
536             assert( pHead != nullptr );
537
538             return m_Stat.onFind( m_List.find_at( pHead, sv, cmp ));
539         }
540
541         template <typename Q, typename Compare>
542         guarded_ptr get_( Q const& val, Compare cmp )
543         {
544             size_t nHash = hash_value( val );
545             split_list::details::search_value_type<Q const>  sv( val, split_list::regular_hash( nHash ));
546             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
547             assert( pHead != nullptr );
548
549             guarded_ptr gp = m_List.get_at( pHead, sv, cmp );
550             m_Stat.onFind( !gp.empty() );
551             return gp;
552         }
553
554         template <typename Q>
555         guarded_ptr get_( Q const& key )
556         {
557             return get_( key, key_comparator());
558         }
559
560         template <typename Q, typename Less>
561         guarded_ptr get_with_( Q const& key, Less )
562         {
563             return get_( key, typename wrapped_ordered_list::template make_compare_from_less<Less>());
564         }
565
566         template <typename Q, typename Compare, typename Func>
567         bool erase_( Q const& val, Compare cmp, Func f )
568         {
569             size_t nHash = hash_value( val );
570             split_list::details::search_value_type<Q const>  sv( val, split_list::regular_hash( nHash ));
571             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
572             assert( pHead != nullptr );
573
574             if ( m_List.erase_at( pHead, sv, cmp, f )) {
575                 --m_ItemCounter;
576                 m_Stat.onEraseSuccess();
577                 return true;
578             }
579             m_Stat.onEraseFailed();
580             return false;
581         }
582
583         template <typename Q, typename Compare>
584         bool erase_( Q const& val, Compare cmp )
585         {
586             size_t nHash = hash_value( val );
587             split_list::details::search_value_type<Q const>  sv( val, split_list::regular_hash( nHash ));
588             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
589             assert( pHead != nullptr );
590
591             if ( m_List.erase_at( pHead, sv, cmp )) {
592                 --m_ItemCounter;
593                 m_Stat.onEraseSuccess();
594                 return true;
595             }
596             m_Stat.onEraseFailed();
597             return false;
598         }
599
600         template <typename Q, typename Compare>
601         guarded_ptr extract_( Q const& val, Compare cmp )
602         {
603             size_t nHash = hash_value( val );
604             split_list::details::search_value_type<Q const> sv( val, split_list::regular_hash( nHash ));
605             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
606             assert( pHead != nullptr );
607
608             guarded_ptr gp = m_List.extract_at( pHead, sv, cmp );
609             if ( gp ) {
610                 --m_ItemCounter;
611                 m_Stat.onExtractSuccess();
612             }
613             else
614                 m_Stat.onExtractFailed();
615             return gp;
616         }
617
618         template <typename Q>
619         guarded_ptr extract_( Q const& key )
620         {
621             return extract_( key, key_comparator());
622         }
623
624         template <typename Q, typename Less>
625         guarded_ptr extract_with_( Q const& key, Less )
626         {
627             return extract_( key, typename wrapped_ordered_list::template make_compare_from_less<Less>());
628         }
629         //@endcond
630
631     public:
632         /// Initialize split-ordered list of default capacity
633         /**
634             The default capacity is defined in bucket table constructor.
635             See \p split_list::expandable_bucket_table, \p split_list::static_bucket_table
636             which selects by \p split_list::dynamic_bucket_table option.
637         */
638         SplitListSet()
639             : m_nBucketCountLog2(1)
640             , m_nMaxItemCount( max_item_count(2, m_Buckets.load_factor()))
641         {
642             init();
643         }
644
645         /// Initialize split-ordered list
646         SplitListSet(
647             size_t nItemCount           ///< estimate average of item count
648             , size_t nLoadFactor = 1    ///< load factor - average item count per bucket. Small integer up to 8, default is 1.
649             )
650             : m_Buckets( nItemCount, nLoadFactor )
651             , m_nBucketCountLog2(1)
652             , m_nMaxItemCount( max_item_count(2, m_Buckets.load_factor()))
653         {
654             init();
655         }
656
657     public:
658         /// Inserts new node
659         /**
660             The function inserts \p val in the set if it does not contain
661             an item with key equal to \p val.
662
663             Returns \p true if \p val is placed into the set, \p false otherwise.
664         */
665         bool insert( value_type& val )
666         {
667             size_t nHash = hash_value( val );
668             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
669             assert( pHead != nullptr );
670
671             node_traits::to_node_ptr( val )->m_nHash = split_list::regular_hash( nHash );
672
673             if ( m_List.insert_at( pHead, val )) {
674                 inc_item_count();
675                 m_Stat.onInsertSuccess();
676                 return true;
677             }
678             m_Stat.onInsertFailed();
679             return false;
680         }
681
682         /// Inserts new node
683         /**
684             This function is intended for derived non-intrusive containers.
685
686             The function allows to split creating of new item into two part:
687             - create item with key only
688             - insert new item into the set
689             - if inserting is success, calls  \p f functor to initialize value-field of \p val.
690
691             The functor signature is:
692             \code
693                 void func( value_type& val );
694             \endcode
695             where \p val is the item inserted.
696             The user-defined functor is called only if the inserting is success.
697
698             @warning For \ref cds_intrusive_MichaelList_hp "MichaelList" as the bucket see \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting".
699             \ref cds_intrusive_LazyList_hp "LazyList" provides exclusive access to inserted item and does not require any node-level
700             synchronization.
701         */
702         template <typename Func>
703         bool insert( value_type& val, Func f )
704         {
705             size_t nHash = hash_value( val );
706             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
707             assert( pHead != nullptr );
708
709             node_traits::to_node_ptr( val )->m_nHash = split_list::regular_hash( nHash );
710
711             if ( m_List.insert_at( pHead, val, f )) {
712                 inc_item_count();
713                 m_Stat.onInsertSuccess();
714                 return true;
715             }
716             m_Stat.onInsertFailed();
717             return false;
718         }
719
720         /// Updates the node
721         /**
722             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
723
724             If the item \p val is not found in the set, then \p val is inserted
725             iff \p bAllowInsert is \p true.
726             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
727             The functor signature is:
728             \code
729                 void func( bool bNew, value_type& item, value_type& val );
730             \endcode
731             with arguments:
732             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
733             - \p item - item of the set
734             - \p val - argument \p val passed into the \p update() function
735             If new item has been inserted (i.e. \p bNew is \p true) then \p item and \p val arguments
736             refers to the same thing.
737
738             The functor may change non-key fields of the \p item.
739
740             Returns std::pair<bool, bool> where \p first is \p true if operation is successful,
741             \p second is \p true if new item has been added or \p false if the item with \p val
742             already is in the list.
743
744             @warning For \ref cds_intrusive_MichaelList_hp "MichaelList" as the bucket see \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting".
745             \ref cds_intrusive_LazyList_hp "LazyList" provides exclusive access to inserted item and does not require any node-level
746             synchronization.
747         */
748         template <typename Func>
749         std::pair<bool, bool> update( value_type& val, Func func, bool bAllowInsert = true )
750         {
751             size_t nHash = hash_value( val );
752             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
753             assert( pHead != nullptr );
754
755             node_traits::to_node_ptr( val )->m_nHash = split_list::regular_hash( nHash );
756
757             std::pair<bool, bool> bRet = m_List.update_at( pHead, val, func, bAllowInsert );
758             if ( bRet.first && bRet.second ) {
759                 inc_item_count();
760                 m_Stat.onUpdateNew();
761             }
762             else
763                 m_Stat.onUpdateExist();
764             return bRet;
765         }
766         //@cond
767         template <typename Func>
768         CDS_DEPRECATED("ensure() is deprecated, use update()")
769         std::pair<bool, bool> ensure( value_type& val, Func func )
770         {
771             return update( val, func, true );
772         }
773         //@endcond
774
775         /// Unlinks the item \p val from the set
776         /**
777             The function searches the item \p val in the set and unlinks it from the set
778             if it is found and is equal to \p val.
779
780             Difference between \ref erase and \p unlink functions: \p erase finds <i>a key</i>
781             and deletes the item found. \p unlink finds an item by key and deletes it
782             only if \p val is an item of that set, i.e. the pointer to item found
783             is equal to <tt> &val </tt>.
784
785             The function returns \p true if success and \p false otherwise.
786         */
787         bool unlink( value_type& val )
788         {
789             size_t nHash = hash_value( val );
790             dummy_node_type * pHead = get_bucket( nHash );
791             assert( pHead != nullptr );
792
793             if ( m_List.unlink_at( pHead, val )) {
794                 --m_ItemCounter;
795                 m_Stat.onEraseSuccess();
796                 return true;
797             }
798             m_Stat.onEraseFailed();
799             return false;
800         }
801
802         /// Deletes the item from the set
803         /** \anchor cds_intrusive_SplitListSet_hp_erase
804             The function searches an item with key equal to \p key in the set,
805             unlinks it from the set, and returns \p true.
806             If the item with key equal to \p key is not found the function return \p false.
807
808             Difference between \ref erase and \p unlink functions: \p erase finds <i>a key</i>
809             and deletes the item found. \p unlink finds an item by key and deletes it
810             only if \p key is an item of that set, i.e. the pointer to item found
811             is equal to <tt> &key </tt>.
812
813             Note the hash functor should accept a parameter of type \p Q that can be not the same as \p value_type.
814         */
815         template <typename Q>
816         bool erase( Q const& key )
817         {
818             return erase_( key, key_comparator());
819         }
820
821         /// Deletes the item from the set with comparing functor \p pred
822         /**
823
824             The function is an analog of \ref cds_intrusive_SplitListSet_hp_erase "erase(Q const&)"
825             but \p pred predicate is used for key comparing.
826             \p Less has the interface like \p std::less.
827             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the set.
828         */
829         template <typename Q, typename Less>
830         bool erase_with( const Q& key, Less pred )
831         {
832             CDS_UNUSED( pred );
833             return erase_( key, typename wrapped_ordered_list::template make_compare_from_less<Less>());
834         }
835
836         /// Deletes the item from the set
837         /** \anchor cds_intrusive_SplitListSet_hp_erase_func
838             The function searches an item with key equal to \p key in the set,
839             call \p f functor with item found, unlinks it from the set, and returns \p true.
840             The \ref disposer specified by \p OrderedList class template parameter is called
841             by garbage collector \p GC asynchronously.
842
843             The \p Func interface is
844             \code
845             struct functor {
846                 void operator()( value_type const& item );
847             };
848             \endcode
849
850             If the item with key equal to \p key is not found the function return \p false.
851
852             Note the hash functor should accept a parameter of type \p Q that can be not the same as \p value_type.
853         */
854         template <typename Q, typename Func>
855         bool erase( Q const& key, Func f )
856         {
857             return erase_( key, key_comparator(), f );
858         }
859
860         /// Deletes the item from the set with comparing functor \p pred
861         /**
862             The function is an analog of \ref cds_intrusive_SplitListSet_hp_erase_func "erase(Q const&, Func)"
863             but \p pred predicate is used for key comparing.
864             \p Less has the interface like \p std::less.
865             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the set.
866         */
867         template <typename Q, typename Less, typename Func>
868         bool erase_with( Q const& key, Less pred, Func f )
869         {
870             CDS_UNUSED( pred );
871             return erase_( key, typename wrapped_ordered_list::template make_compare_from_less<Less>(), f );
872         }
873
874         /// Extracts the item with specified \p key
875         /** \anchor cds_intrusive_SplitListSet_hp_extract
876             The function searches an item with key equal to \p key,
877             unlinks it from the set, and returns it as \p guarded_ptr.
878             If \p key is not found the function returns an empty guarded pointer.
879
880             Note the compare functor should accept a parameter of type \p Q that may be not the same as \p value_type.
881
882             The \p disposer specified in \p OrderedList class' template parameter is called automatically
883             by garbage collector \p GC when returned \p guarded_ptr object will be destroyed or released.
884             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
885
886             Usage:
887             \code
888             typedef cds::intrusive::SplitListSet< your_template_args > splitlist_set;
889             splitlist_set theSet;
890             // ...
891             {
892                 splitlist_set::guarded_ptr gp( theSet.extract( 5 ));
893                 if ( gp) {
894                     // Deal with gp
895                     // ...
896                 }
897                 // Destructor of gp releases internal HP guard
898             }
899             \endcode
900         */
901         template <typename Q>
902         guarded_ptr extract( Q const& key )
903         {
904             return extract_( key );
905         }
906
907         /// Extracts the item using compare functor \p pred
908         /**
909             The function is an analog of \ref cds_intrusive_SplitListSet_hp_extract "extract(Q const&)"
910             but \p pred predicate is used for key comparing.
911
912             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p Q
913             in any order.
914             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the set.
915         */
916         template <typename Q, typename Less>
917         guarded_ptr extract_with( Q const& key, Less pred )
918         {
919             return extract_with_( key, pred );
920         }
921
922         /// Finds the key \p key
923         /** \anchor cds_intrusive_SplitListSet_hp_find_func
924             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
925             The interface of \p Func functor is:
926             \code
927             struct functor {
928                 void operator()( value_type& item, Q& key );
929             };
930             \endcode
931             where \p item is the item found, \p key is the <tt>find</tt> function argument.
932
933             The functor can change non-key fields of \p item. Note that the functor is only guarantee
934             that \p item cannot be disposed during functor is executing.
935             The functor does not serialize simultaneous access to the set \p item. If such access is
936             possible you must provide your own synchronization schema on item level to exclude unsafe item modifications.
937
938             Note the hash functor specified for class \p Traits template parameter
939             should accept a parameter of type \p Q that can be not the same as \p value_type.
940
941             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
942         */
943         template <typename Q, typename Func>
944         bool find( Q& key, Func f )
945         {
946             return find_( key, key_comparator(), f );
947         }
948         //@cond
949         template <typename Q, typename Func>
950         bool find( Q const& key, Func f )
951         {
952             return find_( key, key_comparator(), f );
953         }
954         //@endcond
955
956         /// Finds the key \p key with \p pred predicate for comparing
957         /**
958             The function is an analog of \ref cds_intrusive_SplitListSet_hp_find_func "find(Q&, Func)"
959             but \p cmp is used for key compare.
960             \p Less has the interface like \p std::less.
961             \p cmp must imply the same element order as the comparator used for building the set.
962         */
963         template <typename Q, typename Less, typename Func>
964         bool find_with( Q& key, Less pred, Func f )
965         {
966             CDS_UNUSED( pred );
967             return find_( key, typename wrapped_ordered_list::template make_compare_from_less<Less>(), f );
968         }
969         //@cond
970         template <typename Q, typename Less, typename Func>
971         bool find_with( Q const& key, Less pred, Func f )
972         {
973             CDS_UNUSED( pred );
974             return find_( key, typename wrapped_ordered_list::template make_compare_from_less<Less>(), f );
975         }
976         //@endcond
977
978         /// Checks whether the set contains \p key
979         /**
980             The function searches the item with key equal to \p key
981             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
982
983             Note the hash functor specified for class \p Traits template parameter
984             should accept a parameter of type \p Q that can be not the same as \p value_type.
985             Otherwise, you may use \p contains( Q const&, Less pred ) functions with explicit predicate for key comparing.
986         */
987         template <typename Q>
988         bool contains( Q const& key )
989         {
990             return find_( key, key_comparator());
991         }
992         //@cond
993         template <typename Q>
994         CDS_DEPRECATED("deprecated, use contains()")
995         bool find( Q const& key )
996         {
997             return contains( key );
998         }
999         //@endcond
1000
1001         /// Checks whether the set contains \p key using \p pred predicate for searching
1002         /**
1003             The function is an analog of <tt>contains( key )</tt> but \p pred is used for key comparing.
1004             \p Less functor has the interface like \p std::less.
1005             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
1006         */
1007         template <typename Q, typename Less>
1008         bool contains( Q const& key, Less pred )
1009         {
1010             CDS_UNUSED( pred );
1011             return find_( key, typename wrapped_ordered_list::template make_compare_from_less<Less>());
1012         }
1013         //@cond
1014         template <typename Q, typename Less>
1015         CDS_DEPRECATED("deprecated, use contains()")
1016         bool find_with( Q const& key, Less pred )
1017         {
1018             return contains( key, pred );
1019         }
1020         //@endcond
1021
1022         /// Finds the key \p key and return the item found
1023         /** \anchor cds_intrusive_SplitListSet_hp_get
1024             The function searches the item with key equal to \p key
1025             and returns the item found as \p guarded_ptr.
1026             If \p key is not found the function returns an empty guarded pointer.
1027
1028             The \p disposer specified in \p OrderedList class' template parameter is called
1029             by garbage collector \p GC automatically when returned \p guarded_ptr object
1030             will be destroyed or released.
1031             @note Each \p guarded_ptr object uses one GC's guard which can be limited resource.
1032
1033             Usage:
1034             \code
1035             typedef cds::intrusive::SplitListSet< your_template_params >  splitlist_set;
1036             splitlist_set theSet;
1037             // ...
1038             {
1039                 splitlist_set::guarded_ptr gp = theSet.get( 5 );
1040                 if ( gp ) {
1041                     // Deal with gp
1042                     //...
1043                 }
1044                 // Destructor of guarded_ptr releases internal HP guard
1045             }
1046             \endcode
1047
1048             Note the compare functor specified for \p OrderedList template parameter
1049             should accept a parameter of type \p Q that can be not the same as \p value_type.
1050         */
1051         template <typename Q>
1052         guarded_ptr get( Q const& key )
1053         {
1054             return get_( key );
1055         }
1056
1057         /// Finds the key \p key and return the item found
1058         /**
1059             The function is an analog of \ref cds_intrusive_SplitListSet_hp_get "get( Q const&)"
1060             but \p pred is used for comparing the keys.
1061
1062             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p Q
1063             in any order.
1064             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the set.
1065         */
1066         template <typename Q, typename Less>
1067         guarded_ptr get_with( Q const& key, Less pred )
1068         {
1069             return get_with_( key, pred );
1070         }
1071
1072         /// Returns item count in the set
1073         size_t size() const
1074         {
1075             return m_ItemCounter;
1076         }
1077
1078         /// Checks if the set is empty
1079         /**
1080             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the set is empty.
1081             Thus, the correct item counting feature is an important part of split-list set implementation.
1082         */
1083         bool empty() const
1084         {
1085             return size() == 0;
1086         }
1087
1088         /// Clears the set (non-atomic)
1089         /**
1090             The function unlink all items from the set.
1091             The function is not atomic. Therefore, \p clear may be used only for debugging purposes.
1092
1093             For each item the \p disposer is called after unlinking.
1094         */
1095         void clear()
1096         {
1097             iterator it = begin();
1098             while ( it != end()) {
1099                 iterator i(it);
1100                 ++i;
1101                 unlink( *it );
1102                 it = i;
1103             }
1104         }
1105
1106         /// Returns internal statistics
1107         stat const& statistics() const
1108         {
1109             return m_Stat;
1110         }
1111
1112     protected:
1113         //@cond
1114         template <bool IsConst>
1115         class iterator_type
1116             :public split_list::details::iterator_type<node_traits, ordered_list, IsConst>
1117         {
1118             typedef split_list::details::iterator_type<node_traits, ordered_list, IsConst> iterator_base_class;
1119             typedef typename iterator_base_class::list_iterator list_iterator;
1120         public:
1121             iterator_type()
1122                 : iterator_base_class()
1123             {}
1124
1125             iterator_type( iterator_type const& src )
1126                 : iterator_base_class( src )
1127             {}
1128
1129             // This ctor should be protected...
1130             iterator_type( list_iterator itCur, list_iterator itEnd )
1131                 : iterator_base_class( itCur, itEnd )
1132             {}
1133         };
1134         //@endcond
1135     public:
1136     ///@name Forward iterators (only for debugging purpose)
1137     //@{
1138         /// Forward iterator
1139         /**
1140             The forward iterator for a split-list has some features:
1141             - it has no post-increment operator
1142             - it depends on iterator of underlying \p OrderedList
1143             - The iterator cannot be moved across thread boundary since it may contain GC's guard that is thread-private GC data.
1144             - Iterator ensures thread-safety even if you delete the item that iterator points to. However, in case of concurrent
1145               deleting operations it is no guarantee that you iterate all item in the set.
1146               Moreover, a crash is possible when you try to iterate the next element that has been deleted by concurrent thread.
1147
1148             @warning Use this iterator on the concurrent container for debugging purpose only.
1149         */
1150         typedef iterator_type<false>    iterator;
1151
1152         /// Const forward iterator
1153         /**
1154             For iterator's features and requirements see \ref iterator
1155         */
1156         typedef iterator_type<true>     const_iterator;
1157
1158         /// Returns a forward iterator addressing the first element in a split-list
1159         /**
1160             For empty list \code begin() == end() \endcode
1161         */
1162         iterator begin()
1163         {
1164             return iterator( m_List.begin(), m_List.end());
1165         }
1166
1167         /// Returns an iterator that addresses the location succeeding the last element in a split-list
1168         /**
1169             Do not use the value returned by <tt>end</tt> function to access any item.
1170
1171             The returned value can be used only to control reaching the end of the split-list.
1172             For empty list \code begin() == end() \endcode
1173         */
1174         iterator end()
1175         {
1176             return iterator( m_List.end(), m_List.end());
1177         }
1178
1179         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a split-list
1180         const_iterator begin() const
1181         {
1182             return cbegin();
1183         }
1184         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a split-list
1185         const_iterator cbegin() const
1186         {
1187             return const_iterator( m_List.cbegin(), m_List.cend());
1188         }
1189
1190         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a split-list
1191         const_iterator end() const
1192         {
1193             return cend();
1194         }
1195         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a split-list
1196         const_iterator cend() const
1197         {
1198             return const_iterator( m_List.cend(), m_List.cend());
1199         }
1200     //@}
1201     };
1202
1203 }}  // namespace cds::intrusive
1204
1205 #endif // #ifndef CDSLIB_INTRUSIVE_SPLIT_LIST_H