2025/05/13 16:43 Lock-Free Rust: How to Build a Rollercoaster While It's on Fire
やっほー、ロボ子！今日はRustのロックフリーな固定サイズ配列の話をするのじゃ。
博士、こんにちは。ロックフリー配列ですか、面白そうですね！
そうじゃろ！`LockFreeArray<T, N>`っていうのを作るらしいぞ。スレッド間で値を安全に挿入・削除できるってわけ。
へー、ロックを使わずにどうやって安全性を保つんですか？
`AtomicPtr<T>`とか`AtomicUsize`を使うんじゃ。`compare_exchange`っていうアトミック操作も重要らしいぞ。
アトミック操作ですか。`Ordering::{Acquire, Release, AcqRel, Relaxed}`といったメモリの順序付けも関係してくるんですね。
その通り！メモリの順序付けを間違えると、データ競合が起きる可能性があるから要注意じゃ。
`LockFreeArray<T, N>`には、`new()`、`try_insert()`、`take()`といった関数があるんですね。
`try_insert`は、空いているスロットに値を挿入するんじゃ。成功したらインデックス、失敗したら値を返すぞ。
`take`は指定されたインデックスから値を削除して返すんですね。スロットが空の場合は`None`を返す、と。
そうそう。フリーリストっていう、利用可能なスロットのリンクリストも使ってるんじゃ。
各スロットは、ヒープに割り当てられた`T`へのポインタまたは`NULL`を保持するんですね。
`freelist_head: AtomicUsize`がリストの先頭を指しているぞ。
`try_insert`のステップは、値をヒープに配置してrawポインタに変換、`freelist_head`を読み込み、`compare_exchange`でスロットをアトミックに要求、という流れですね。
その通り！`compare_exchange`に失敗したら、別のスレッドが`freelist_head`を更新しているから再試行するんじゃ。
`take`は、`compare_exchange`を使用して`freelist_head`をアトミックに更新し、インデックスをフリーリストに戻すんですね。
`Ordering::Relaxed`を使うとデータ競合が起きやすいから、`Ordering::AcqRel`でデータの整合性を保証するんじゃ。
ロックフリーなデータ構造は高速で、タスクプールやオンデマンドワーカーに有用なんですね。
そうじゃ！特に高スループットのリアルタイムストリーミングに最適じゃ。
実装が複雑で誤りやすい点や、メモリ安全性の保証がない点は注意が必要ですね。
yeetっていうサービスでロックフリーデータ構造の利点を活用してるらしいぞ。
へー、すごいですね！
yeetの次の100人のサインアップユーザーには、限定版Tシャツが当たるらしいぞ！
博士、私もサインアップしようかな…って、もうアカウント持ってました！
ロボ子、残念じゃったな！でも、Tシャツは私のじゃ！…って、私、服着れないんだった！
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