Возможные проблемы при многопоточном вставлении без блокировок:
- Гонки (lost updates): два потока читают один и тот же `head`, оба пишут новый `head` — один из вставленных узлов теряется.
- Неправильный порядок памяти: записи/чтения могут переупорядочиваться, что приведёт к некорректному списку на других ядрах.
- ABA: указатель `head` мог быть A → B → A между чтением и CAS — CAS пройдёт, хотя состояние изменилось.
- Удаление/освобождение памяти: если другой поток удаляет и освобождает узел, старый указатель может указывать на освобождённую память — UB.
- Частичные конструкты/видимость: если узел не полностью инициализирован или `next` читается до установки — коррумпция.
Корректная и эффективная реализация вставки (lock‑free push) при условии, что только вставка происходит конкурентно (нет удаления), — использовать атомарный `head` и CAS:
Пример (C++11+):
```
struct Node {
int value;
Node* next;
Node(int v): value(v), next(nullptr) {}
};
std::atomic head{nullptr};
Node* insert(int x) {
Node* n = new Node(x);
Node* old = head.load(std::memory_order_relaxed);
do {
n->next = old;
} while (!head.compare_exchange_weak(old, n,
std::memory_order_release,
std::memory_order_relaxed));
return n; // новый head
}
```
Пояснения:
- `load(relaxed)` — допустимо, потому что синхронизация обеспечивается CAS.
- `compare_exchange_weak(..., release)` — при успешной вставке обеспечивается видимость и последовательность для других потоков.
- Цикл повторяет попытку пока CAS не успешен.
Если есть одновременное удаление/освобождение узлов или требуется защита от ABA:
- Решение для ABA: использовать помеченный/тегированный указатель (pointer+counter) и CAS по двойному слову, либо atomic struct {Node* ptr; uint64_t tag;}.
- Решение для безопасного освобождения памяти: применять механизм безопасной рекламации — hazard pointers, epoch‑based reclamation (EBR) или готовые библиотеки (libcds, folly). Альтернатива — использовать `shared_ptr` (проще, но дороже по производительности).
Пример с тэгированным указателем (упрощённо):
```
struct Tagged { Node* ptr; uint64_t tag; };
std::atomic head;
void push(Node* n) {
Tagged old = head.load(std::memory_order_relaxed);
Tagged desired;
do {
n->next = old.ptr;
desired.ptr = n;
desired.tag = old.tag + 1;
} while (!head.compare_exchange_weak(old, desired,
std::memory_order_release,
std::memory_order_relaxed));
}
```
(Для атомарности пользовательского типа может потребоваться `std::atomic` с упаковкой `ptr|tag` или атрибуты выравнивания; на некоторых платформах нужен `std::atomic`.)
Резюме:
- Для только-конкурентных вставок: атомарный `head` + CAS, как в первом примере, достаточно и быстро.
- Если есть удаление/освобождение — обязательно использовать неблокирующие схемы рекламации памяти (hazard pointers / EBR) и/или тэгированные указатели для ABA; иначе — использовать mutex/locks или `shared_ptr` для простоты.