探寻最优并发性

实现并发数据结构通常始于定义其顺序规范。然而，当按原样使用时，非平凡的顺序数据结构（如链表、搜索树或哈希表）可能暴露不正确行为：丢失更新、不一致响应等。为确保正确性，操作共享数据的顺序代码段必须使用同步原语免受数据竞争，因此必须拒绝并发操作步调的某些调度。但我们能否确保不“过度使用”同步，即仅当并发调度违反正确性时才拒绝它？本文通过引入并发最优(concurrency-optimal)实现的概念正式处理该问题。程序的并发性在此定义为其接受并发调度（即其顺序实现步骤的交错）的能力。如果实现接受所有不违反程序正确性的交错，则它是并发最优的。我们探索了可表示为导出插入、删除和搜索操作的有向无环图形式的搜索数据结构的并发性质。我们首次证明，搜索数据结构的悲观（例如基于保守锁）与乐观可串行化（例如基于可串行化事务内存）实现在并发性方面不可比较。具体而言，存在简单的顺序代码交错，任何悲观（相应地，可串行化乐观）实现都不能接受，但可被可串行化乐观（相应地，悲观）实现接受。因此，这两类实现均非并发最优。