面试题：并发与同步之操作系统计数器同步的常规优化方法

Question

在操作系统中，对于计数器同步，常见的优化策略有哪些？请简要阐述每种策略的原理和适用场景。

Answer 1

1. 减少锁的粒度

• 原理：将对整个计数器的锁保护范围缩小，例如对计数器分段加锁，不同段的计数操作可并行执行，减少线程竞争锁的时间。
• 适用场景：适用于高并发且计数器操作频繁的场景，通过分割锁资源，提高系统的并发处理能力。

2. 使用无锁数据结构

• 原理：利用原子操作（如CAS - Compare and Swap）实现计数器，无需传统锁机制，线程间不会因竞争锁而阻塞，提高操作效率。
• 适用场景：适合读操作远多于写操作的场景，以及对实时性要求较高，不希望线程长时间等待锁的场景。

3. 基于缓存的优化

• 原理：每个线程在本地缓存中维护一个计数器副本，在一定时间间隔或特定条件下，将本地计数器的结果合并到全局计数器。减少对全局计数器的频繁访问，降低竞争。
• 适用场景：适用于并发度高且对一致性要求不是特别严格的场景，例如统计网页浏览量等场景，短暂的不一致是可接受的。

4. 乐观锁策略

• 原理：线程在更新计数器时，先尝试更新，假设此次更新不会与其他线程冲突。如果更新失败（检测到冲突），则重试更新操作。
• 适用场景：适用于冲突概率较低的场景，这样可以减少因锁带来的开销，提高系统性能。