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title: 使用 [@poll error] 实现线程安全的数据结构
date: 2023-08-15 11:48:55
tags: [Technique]
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OCaml的标准库提供了许多mutable的数据结构，比如Hashtbl, Queue, Stack之类的，但是这些数据结构都不是线程安全的。在 OCaml 4 和 OCaml 5 中，单个Domain中一次只能运行一个线程。换句话说，单个Domain中的线程仍然不会并行运行，除非在不同所的Domain中。
而在单个Domain中 OCaml 的 runtime 是通过在safe point期间半抢占式的切换线程。也就是说，线程切换只会发生在safe point期间。例如内存分配就是是safe point。这意味着在没有safe point的代码块内，可以在Domain内原子性地进行多次读写或访问操作，因为线程没被切换。
OCaml 编译器提供了一个名为 [`[@poll error]`](https://github.com/ocaml/ocaml/pull/10462) 的annotation，可以在函数中使用它来确保该函数不包含safe point。
所以通过使用 `[@poll error]` 就可以创建在Domain内原子性执行的函数，也就是说，基于此特性可以实现单个Domain内线程安全的数据结构，例如 thread-table 便是使用这个特性实现的 Hash Table。可以看看它的 add 函数的实现:
```ocaml
let[@poll error] add_atomically t buckets n i before after =
t.rehash = 0 && buckets == t.buckets
&& before == Array.unsafe_get buckets i
&& begin
Array.unsafe_set buckets i after;
let length = t.length + 1 in
t.length <- length;
if n < length && n < max_buckets_div_2 then t.rehash <- n * 2;
true
end
let rec add t k' v' =
let h = Mix.int k' in
maybe_rehash t;
let buckets = t.buckets in
let n = Array.length buckets in
let i = h land (n - 1) in
let before = Array.unsafe_get buckets i in
let after = Cons (k', v', before) in
if not (add_atomically t buckets n i before after) then add t k' v'
```
相比使用 Stdlib.Mutex，这种无锁实现会有更好的性能（特别是对于只读操作），并且还允许例如信号处理之类的上下文操作。
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