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文檔簡(jiǎn)介

26/28多線程環(huán)境下的鏈表并發(fā)刪除第一部分線程環(huán)境下的鏈表并發(fā)刪除 2第二部分大綱 5第三部分鏈表基礎(chǔ)知識(shí) 7第四部分線程并發(fā)訪問鏈表的挑戰(zhàn) 10第五部分鏈表并發(fā)刪除的鎖機(jī)制 12第六部分無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法 15第七部分鏈表并發(fā)刪除的優(yōu)化策略 18第八部分鏈表并發(fā)刪除的應(yīng)用場(chǎng)景 20第九部分詳細(xì)內(nèi)容 23第十部分鏈表基礎(chǔ)知識(shí) 26

第一部分線程環(huán)境下的鏈表并發(fā)刪除關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)線程安全鏈表

1.采用原子操作或鎖機(jī)制確保鏈表操作的原子性,保證鏈表數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

2.引入版本控制,在鏈表修改時(shí)更新版本號(hào),避免并發(fā)修改導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致問題。

3.使用無(wú)鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),如無(wú)鎖隊(duì)列或鏈表,通過循環(huán)和比較交換操作實(shí)現(xiàn)線程安全。

鏈表并發(fā)刪除

1.標(biāo)記刪除:在刪除鏈表節(jié)點(diǎn)時(shí),先將其標(biāo)記為已刪除,而不是立即物理刪除,防止其他線程訪問已被刪除的節(jié)點(diǎn)。

2.多版本并發(fā)控制:使用多個(gè)版本鏈表,每個(gè)線程維護(hù)自己的鏈表版本,避免并發(fā)刪除導(dǎo)致版本沖突。

3.原子鏈表指針更新:通過原子性操作更新鏈表指針,保證鏈表結(jié)構(gòu)的完整性和原子性。多線程環(huán)境下的鏈表并發(fā)刪除

引言

在多線程并行環(huán)境中操作鏈表時(shí),并發(fā)刪除操作可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)一致性問題。當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)嘗試刪除鏈表中的同一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí),可能出現(xiàn)競(jìng)態(tài)條件,導(dǎo)致鏈表結(jié)構(gòu)損壞或數(shù)據(jù)丟失。為了解決這一問題,需要在鏈表中引入并發(fā)控制機(jī)制,以確保多線程環(huán)境下的刪除操作安全有序。

并發(fā)控制機(jī)制

1.鎖機(jī)制

*互斥鎖:每個(gè)鏈表節(jié)點(diǎn)都關(guān)聯(lián)一個(gè)互斥鎖,刪除操作前獲取節(jié)點(diǎn)鎖,刪除操作完成后釋放鎖。

*讀寫鎖:鏈表維護(hù)一個(gè)讀寫鎖,讀操作獲取讀鎖,寫操作獲取寫鎖。讀寫鎖允許多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行讀操作,但僅允許一個(gè)線程執(zhí)行寫操作。

2.原子操作

*Compare-and-Swap(CAS):CAS操作能夠原子地檢查和更新內(nèi)存中的值。刪除操作通過CAS來(lái)原子地更新鏈表指針,確保只有一個(gè)線程能成功刪除節(jié)點(diǎn)。

*負(fù)載鏈接/存儲(chǔ)鏈接(Load-Linked/Store-Conditional):負(fù)載鏈接操作獲取鏈表節(jié)點(diǎn)的地址,存儲(chǔ)鏈接操作使用該地址嘗試更新鏈表指針。如果節(jié)點(diǎn)未被其他線程修改,則存儲(chǔ)鏈接操作成功。

3.非阻塞算法

*標(biāo)記刪除:將要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已刪除,后續(xù)遍歷鏈表時(shí)跳過標(biāo)記節(jié)點(diǎn)。

*Hazard指針:使用hazard指針來(lái)記錄鏈表的最新狀態(tài),刪除操作僅修改hazard指針指向的鏈表部分。

并發(fā)刪除算法

1.使用鎖機(jī)制

*互斥鎖:刪除操作前獲取節(jié)點(diǎn)鎖,刪除完成后釋放鎖。

*讀寫鎖:刪除操作獲取寫鎖,刪除完成后釋放鎖。

2.使用原子操作

*Compare-and-Swap(CAS):CAS操作原子地將節(jié)點(diǎn)指針指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

*負(fù)載鏈接/存儲(chǔ)鏈接(Load-Linked/Store-Conditional):獲取要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)的地址,使用該地址嘗試更新鏈表指針。

3.使用非阻塞算法

*標(biāo)記刪除:標(biāo)記要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)為已刪除,后續(xù)遍歷鏈表時(shí)跳過標(biāo)記節(jié)點(diǎn)。

*Hazard指針:使用hazard指針記錄鏈表的最新狀態(tài),刪除操作僅修改hazard指針指向的鏈表部分。

性能考慮

并發(fā)控制機(jī)制的選擇對(duì)鏈表性能有較大影響?;コ怄i和讀寫鎖開銷較高,會(huì)影響并行效率。原子操作和非阻塞算法開銷較低,但實(shí)現(xiàn)難度更大。在選擇并發(fā)控制機(jī)制時(shí),需要權(quán)衡性能和復(fù)雜度。

鏈表結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在多線程環(huán)境下,鏈表結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也能提高并發(fā)刪除性能。

*使用雙向鏈表:雙向鏈表支持從任意方向刪除節(jié)點(diǎn),減少了競(jìng)態(tài)條件。

*使用哨兵節(jié)點(diǎn):哨兵節(jié)點(diǎn)位于鏈表頭尾,標(biāo)記鏈表的邊界,簡(jiǎn)化了刪除操作。

*分段鏈表:將鏈表分段,每個(gè)段由一個(gè)線程負(fù)責(zé)管理,減少跨段的并發(fā)沖突。

總結(jié)

多線程環(huán)境下的鏈表并發(fā)刪除是一個(gè)常見的挑戰(zhàn),需要采用合適的并發(fā)控制機(jī)制來(lái)確保數(shù)據(jù)一致性和操作安全。鎖機(jī)制、原子操作和非阻塞算法提供了不同的并發(fā)控制策略,在選擇時(shí)需要考慮性能和復(fù)雜度。另外,對(duì)鏈表結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化也能進(jìn)一步提升并發(fā)刪除性能。第二部分大綱關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)鏈表并發(fā)刪除機(jī)制

1.原子操作與封裝:利用原子操作或鏈表封裝類,確保刪除操作的原子性和可見性。

2.CAS與版本控制:使用比較并交換(CAS)技術(shù)和版本控制機(jī)制,確保刪除操作的并發(fā)安全性和正確性。

3.標(biāo)記刪除法:標(biāo)記要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn),而不是直接刪除,使其他線程仍能訪問該節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),避免丟失或數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)。

基于快照的并發(fā)刪除

1.快照機(jī)制:引入快照指針,記錄刪除時(shí)刻鏈表的狀態(tài),允許其他線程繼續(xù)遍歷和操作鏈表。

2.原子鏈接修改:使用原子操作修改快照指針,確保并發(fā)線程間的快照一致性。

3.撤銷刪除:允許撤銷刪除操作,以解決數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)或錯(cuò)誤刪除的情況,維護(hù)鏈表數(shù)據(jù)的完整性。

基于延遲非阻塞的并發(fā)刪除

1.非阻塞算法:采用非阻塞算法,避免鎖競(jìng)爭(zhēng)和線程阻塞,提高并發(fā)性能。

2.延遲刪除:推遲刪除操作,在獨(dú)立的后臺(tái)線程中執(zhí)行,釋放鎖,提高鏈表操作的吞吐量。

3.非樂觀并發(fā)控制:使用非樂觀并發(fā)控制,在刪除操作前不檢查其他線程的修改,降低并發(fā)沖突概率。

基于鎖的并發(fā)刪除

1.排他鎖:使用排他鎖保護(hù)要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn),防止其他線程并發(fā)訪問和修改。

2.鎖粒度優(yōu)化:選取合適的鎖粒度,平衡并發(fā)度和鎖競(jìng)爭(zhēng)開銷,提升鏈表操作效率。

3.死鎖預(yù)防:采用死鎖預(yù)防策略,例如深度優(yōu)先鎖,防止因鎖競(jìng)爭(zhēng)引起的死鎖情況。

基于CAS的并發(fā)刪除

1.CAS操作:利用CAS操作原子地修改指針,確保刪除操作的正確性和并發(fā)安全性。

2.循環(huán)刪除:在CAS操作失敗時(shí),采用循環(huán)刪除機(jī)制,不斷重試,直至成功刪除。

3.性能優(yōu)化:結(jié)合其他優(yōu)化技術(shù),例如跳過表頭沖突,提升基于CAS的并發(fā)刪除性能。

可撤銷的并發(fā)刪除

1.可撤銷刪除:支持對(duì)刪除操作的撤銷,以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)或錯(cuò)誤刪除的情況。

2.日志記錄:記錄刪除操作的歷史,以便在撤銷時(shí)恢復(fù)鏈表狀態(tài)。

3.并發(fā)可撤銷性:保證在并發(fā)環(huán)境下也能正確執(zhí)行可撤銷刪除操作,維護(hù)鏈表數(shù)據(jù)的完整性。大綱:多線程環(huán)境下的鏈表并發(fā)刪除

引言

*多線程編程中鏈表并發(fā)刪除的挑戰(zhàn)

*傳統(tǒng)方法的局限性

樂觀并發(fā)控制

*CAS(比較并交換)操作:在刪除節(jié)點(diǎn)前檢查節(jié)點(diǎn)狀態(tài),確保沒有其他線程同時(shí)進(jìn)行刪除。

*添加頭哨兵節(jié)點(diǎn):用于標(biāo)記鏈表頭部,防止線程在刪除頭部節(jié)點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)爭(zhēng)用。

*雙向鏈表:允許從任一端刪除,減少爭(zhēng)用。

*標(biāo)記刪除:將要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已刪除,但仍將其保留在鏈表中,直到所有線程完成刪除操作。

悲觀并發(fā)控制

*鎖:為整個(gè)鏈表或特定部分添加鎖,防止多個(gè)線程同時(shí)訪問。

*細(xì)粒度鎖:只為特定節(jié)點(diǎn)或一段范圍添加鎖,降低爭(zhēng)用。

*讀寫鎖:允許多個(gè)線程同時(shí)讀取鏈表,但只能有一個(gè)線程寫入(刪除)。

無(wú)鎖并發(fā)控制

*引用計(jì)數(shù):每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)引用計(jì)數(shù),當(dāng)引用計(jì)數(shù)為零時(shí),節(jié)點(diǎn)將被刪除。

*HazardPointers:記錄指向可能被并發(fā)刪除節(jié)點(diǎn)的指針,允許其他線程安全地訪問該節(jié)點(diǎn)。

*無(wú)鎖鏈表:使用復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),避免使用鎖或原子操作。

性能優(yōu)化

*局部變量:在方法內(nèi)部聲明線程局部變量,減少對(duì)共享內(nèi)存的訪問。

*批處理刪除:將多個(gè)刪除操作合并為一次批量操作,降低爭(zhēng)用。

*自旋鎖:短暫自旋等待鎖釋放,而不是阻塞線程。

實(shí)現(xiàn)注意事項(xiàng)

*正確性:確保所有線程都能正確刪除節(jié)點(diǎn),不丟失數(shù)據(jù)。

*性能:選擇與特定應(yīng)用程序需求相符的并發(fā)控制策略,以優(yōu)化性能。

*可擴(kuò)展性:考慮算法在多核系統(tǒng)上的可擴(kuò)展性。

*調(diào)試:使用調(diào)試工具和技術(shù),診斷并發(fā)刪除錯(cuò)誤。

結(jié)論

*總結(jié)所討論的并發(fā)刪除技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn)。

*為不同類型的應(yīng)用程序提供并發(fā)刪除策略的指導(dǎo)。第三部分鏈表基礎(chǔ)知識(shí)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【鏈表基礎(chǔ)知識(shí)】

1.鏈表是一種線性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),由一系列節(jié)點(diǎn)組成,每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)元素和指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。

2.鏈表可以高效地進(jìn)行插入和刪除操作,因?yàn)椴恍枰苿?dòng)數(shù)據(jù)元素,只需要更新指針即可。

3.鏈表的缺點(diǎn)是訪問數(shù)據(jù)元素需要遍歷整個(gè)鏈表,因此查找操作可能比較慢。

【單向鏈表】

鏈表基礎(chǔ)知識(shí)

鏈表是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),由節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)元素及其后繼指針組成。相對(duì)于數(shù)組,鏈表具有動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配、插入和刪除操作的高效性,但隨機(jī)訪問操作的復(fù)雜度為O(n)。

節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

鏈表中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含以下信息:

-數(shù)據(jù)字段:存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元素的值。

-下一個(gè)指針:指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址,最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針指向NULL。

鏈表類型

根據(jù)后繼指針的指向,鏈表可分為以下類型:

-單鏈表:每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)后繼指針,指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

-雙鏈表:每個(gè)節(jié)點(diǎn)有兩個(gè)后繼指針,分別指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)和前一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

-循環(huán)鏈表:最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的后繼指針指向鏈表頭節(jié)點(diǎn),形成一個(gè)閉合的循環(huán)。

鏈表操作

鏈表的基本操作包括:

-插入:在鏈表中特定位置插入一個(gè)新節(jié)點(diǎn)。

-刪除:從鏈表中刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

-查找:在鏈表中查找一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

-遍歷:從鏈表頭節(jié)點(diǎn)開始,依次訪問每個(gè)節(jié)點(diǎn)。

鏈表的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):

-動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配:鏈表不需要預(yù)先分配內(nèi)存,僅在插入節(jié)點(diǎn)時(shí)分配新內(nèi)存。

-插入和刪除高效:在鏈表中間插入或刪除節(jié)點(diǎn)僅需修改指針,無(wú)需移動(dòng)數(shù)據(jù)。

-內(nèi)存占用低:鏈表僅存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的地址和數(shù)據(jù),比數(shù)組占用更少的內(nèi)存。

缺點(diǎn):

-隨機(jī)訪問復(fù)雜度高:要訪問鏈表中的第n個(gè)節(jié)點(diǎn),需要遍歷前n個(gè)節(jié)點(diǎn)。

-內(nèi)存不連續(xù):鏈表中的節(jié)點(diǎn)在內(nèi)存中可能不連續(xù),影響緩存性能。

-需要額外的指針空間:每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要存儲(chǔ)一個(gè)后繼指針,增加內(nèi)存開銷。

多線程環(huán)境下的鏈表

在多線程環(huán)境中,多個(gè)線程可能同時(shí)訪問和修改鏈表,這會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問題:當(dāng)一個(gè)線程正在修改鏈表時(shí),另一個(gè)線程也試圖修改同一個(gè)節(jié)點(diǎn)。為了解決此問題,需要使用同步機(jī)制,如互斥鎖或原子操作,以確保鏈表操作的原子性和可見性。第四部分線程并發(fā)訪問鏈表的挑戰(zhàn)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【并發(fā)修改問題】

1.多個(gè)線程同時(shí)試圖修改鏈表中的同一節(jié)點(diǎn),導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。

2.鏈表結(jié)構(gòu)的修改可能會(huì)影響其他線程正在遍歷或引用的節(jié)點(diǎn)。

3.為了保證數(shù)據(jù)完整性,需要引入并發(fā)控制機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)對(duì)鏈表的修改。

【原子性操作缺失】

線程并發(fā)訪問鏈表的挑戰(zhàn)

在多線程環(huán)境下,鏈表是一類常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),但它在并發(fā)訪問時(shí)面臨著獨(dú)特的挑戰(zhàn),可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或程序崩潰。這些挑戰(zhàn)主要源于鏈表的指針式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它易受競(jìng)爭(zhēng)條件的影響。

競(jìng)爭(zhēng)條件

競(jìng)爭(zhēng)條件是指多個(gè)線程同時(shí)訪問共享數(shù)據(jù)時(shí),執(zhí)行的順序?qū)Y(jié)果產(chǎn)生影響的情況。在鏈表中,如果兩個(gè)線程同時(shí)嘗試刪除相同的節(jié)點(diǎn),則可能會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)條件。例如:

線程A:

1.獲取要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn);

2.更新前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的next指針,指向要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn);

3.刪除要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)。

線程B:

1.獲取要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn);

2.更新前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的next指針,指向要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn);

3.刪除要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)。

如果線程A在線程B修改前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的next指針之前完成了操作,則線程B將刪除錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)。這將導(dǎo)致鏈表數(shù)據(jù)不一致,并可能導(dǎo)致程序崩潰。

原子性

為了解決競(jìng)爭(zhēng)條件,需要確保鏈表操作的原子性。原子性是指一個(gè)操作要麼全部執(zhí)行完畢,要麼根本不執(zhí)行,保證操作的不可分割性。在鏈表中,可以利用以下技術(shù)實(shí)現(xiàn)原子性:

*互斥鎖:它是一種同步機(jī)制,允許一次只有一個(gè)線程訪問共享數(shù)據(jù)。在鏈表操作中,可以使用互斥鎖來(lái)保護(hù)關(guān)鍵區(qū),例如刪除節(jié)點(diǎn)操作。

*CAS(比較并交換):它是一種無(wú)鎖并發(fā)原語(yǔ),允許原子地讀取和修改內(nèi)存中的值。在鏈表中,可以用CAS來(lái)原子地更新前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的next指針。

鎖粒度

鎖粒度指的是鎖定的范圍,它對(duì)程序的并發(fā)性和性能有重大影響。在鏈表中,可以采用不同的鎖粒度來(lái)實(shí)現(xiàn)并發(fā)訪問:

*細(xì)粒度鎖:為鏈表中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置單獨(dú)的鎖。它提供最高的并發(fā)性,但開銷相對(duì)較高。

*粗粒度鎖:僅為整個(gè)鏈表設(shè)置一個(gè)鎖。它提供最低的并發(fā)性,但開銷相對(duì)較低。

死鎖

死鎖是指兩個(gè)或多個(gè)線程互相等待對(duì)方釋放資源的情況,導(dǎo)致所有線程都無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行。在鏈表中,死鎖可能發(fā)生在使用互斥鎖時(shí),例如:

線程A:

1.獲取節(jié)點(diǎn)A的鎖;

2.試圖獲取節(jié)點(diǎn)B的鎖。

線程B:

1.獲取節(jié)點(diǎn)B的鎖;

2.試圖獲取節(jié)點(diǎn)A的鎖。

如果線程A和線程B都無(wú)法釋放鎖,它們就會(huì)陷入死鎖。

解決死鎖

為了解決死鎖,可以采用以下技術(shù):

*死鎖檢測(cè)和恢復(fù):定期檢查是否存在死鎖,并采取措施恢復(fù)程序。

*死鎖預(yù)防:通過限制線程獲取鎖的順序或使用無(wú)鎖算法來(lái)防止死鎖。

*死鎖避免:在分配鎖之前,檢查是否有可能出現(xiàn)死鎖。

通過理解和解決這些挑戰(zhàn),可以在多線程環(huán)境下安全高效地使用鏈表。第五部分鏈表并發(fā)刪除的鎖機(jī)制關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【CAS操作】

1.CAS(Compare-And-Swap)操作是一種無(wú)鎖操作,用于比較和交換內(nèi)存中指定位置的值。

2.如果指定的內(nèi)存位置的值與預(yù)期值相符,則CAS操作會(huì)將該位置的值替換為新值。

3.否則,CAS操作將失敗,并且不會(huì)修改內(nèi)存位置的值。

【樂觀并發(fā)控制】

鏈表并發(fā)刪除的鎖機(jī)制

在多線程環(huán)境下,如果多個(gè)線程同時(shí)嘗試修改同一個(gè)鏈表,可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致或程序崩潰。為了解決此問題,需要引入一種鎖機(jī)制來(lái)協(xié)調(diào)對(duì)鏈表的并發(fā)訪問。

鎖的分類

鎖按其范圍可分為:

*全局鎖:保護(hù)整個(gè)鏈表,僅允許一個(gè)線程同時(shí)操作鏈表。

*區(qū)域鎖:只保護(hù)鏈表的部分區(qū)域,例如單個(gè)結(jié)點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)組。

按其粒度可分為:

*細(xì)粒度鎖:為鏈表的每個(gè)結(jié)點(diǎn)分配一個(gè)鎖,允許多個(gè)線程并發(fā)操作不同的結(jié)點(diǎn)。

*粗粒度鎖:僅為整個(gè)鏈表分配一個(gè)鎖,導(dǎo)致一次只能有一個(gè)線程操作鏈表。

常見鎖機(jī)制

以下是一些用于鏈表并發(fā)刪除的常見鎖機(jī)制:

*自旋鎖:線程在嘗試獲取鎖時(shí)會(huì)不斷自旋,直到鎖可用為止。

*互斥鎖:僅允許一個(gè)線程獲取鎖,其他線程等待鎖釋放。

*讀寫鎖:允許多個(gè)線程同時(shí)讀取鏈表,但一次只能有一個(gè)線程寫鏈表。

*原子操作:使用原子指令一次性讀取和修改鏈表,避免競(jìng)爭(zhēng)條件。

鎖機(jī)制選擇

選擇合適的鎖機(jī)制取決于具體應(yīng)用場(chǎng)景。

*全局鎖:適用于需要保證鏈表數(shù)據(jù)高度一致性的場(chǎng)景,但會(huì)降低并發(fā)性。

*細(xì)粒度鎖:適用于需要高并發(fā)性的場(chǎng)景,但可能會(huì)增加死鎖的風(fēng)險(xiǎn)。

*讀寫鎖:適用于讀操作遠(yuǎn)多于寫操作的場(chǎng)景,可以提高讀取并發(fā)性。

*原子操作:適用于需要保證操作的一致性和原子性的場(chǎng)景,但可能會(huì)限制可擴(kuò)展性。

并發(fā)刪除算法

以下是使用鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)鏈表并發(fā)刪除的算法:

1.獲取鎖:線程獲取鏈表的鎖,無(wú)論是全局鎖還是區(qū)域鎖。

2.尋找要?jiǎng)h除的結(jié)點(diǎn):線程遍歷鏈表,找到要?jiǎng)h除的結(jié)點(diǎn)。

3.刪除結(jié)點(diǎn):線程刪除找到的結(jié)點(diǎn),并更新鏈表中的指針。

4.釋放鎖:線程釋放鏈表的鎖,允許其他線程訪問鏈表。

優(yōu)化策略

為了提高鏈表并發(fā)刪除的性能,可以采用以下優(yōu)化策略:

*非阻塞算法:使用無(wú)鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或算法,避免線程阻塞。

*鎖粒度的優(yōu)化:根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的鎖粒度,平衡并發(fā)性和一致性。

*鎖消除:通過優(yōu)化鏈表結(jié)構(gòu)或算法,消除鎖的使用。

*并發(fā)版本控制:使用樂觀并發(fā)的技術(shù),允許線程并發(fā)修改鏈表,并在提交時(shí)檢查沖突。

結(jié)論

鎖機(jī)制是協(xié)調(diào)鏈表并發(fā)刪除的關(guān)鍵技術(shù)。通過選擇合適的鎖機(jī)制和優(yōu)化策略,可以保證鏈表數(shù)據(jù)的完整性,同時(shí)提高其并發(fā)性。在進(jìn)行具體的多線程編程時(shí),需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和性能需求仔細(xì)考慮并選擇合適的鎖機(jī)制。第六部分無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法

1.無(wú)需獲取鎖機(jī)制,通過原子操作直接進(jìn)行節(jié)點(diǎn)刪除。

2.采用雙鏈表結(jié)構(gòu),在刪除節(jié)點(diǎn)時(shí)同時(shí)更新其前驅(qū)和后繼節(jié)點(diǎn)的指針。

3.利用CAS(CompareAndSwap)操作確保刪除操作的原子性。

循環(huán)CAS

1.使用循環(huán)CAS算法,不斷嘗試修改節(jié)點(diǎn)指針,直到成功。

2.避免了鎖競(jìng)爭(zhēng),提高了并發(fā)性。

3.但由于循環(huán)CAS的開銷較高,在某些情況下效率可能較低。

前驅(qū)指針對(duì)換

1.將要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的指針指向其后繼節(jié)點(diǎn)。

2.避免了并發(fā)修改后繼節(jié)點(diǎn)指針的問題。

3.適用于具有序鏈表,在無(wú)序鏈表中可能存在并發(fā)問題。

標(biāo)記刪除

1.將要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已刪除,但不立即將其從鏈表中移除。

2.當(dāng)其他線程遍歷鏈表時(shí),跳過標(biāo)記為已刪除的節(jié)點(diǎn)。

3.隨著時(shí)間的推移,垃圾回收機(jī)制會(huì)回收已刪除的節(jié)點(diǎn)。

引用計(jì)數(shù)

1.為每個(gè)鏈表節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)引用計(jì)數(shù)。

2.當(dāng)節(jié)點(diǎn)不再被任何線程引用時(shí),自動(dòng)將其從鏈表中刪除。

3.避免了并發(fā)刪除問題,但維護(hù)引用計(jì)數(shù)會(huì)增加開銷。

并發(fā)哈希映射

1.利用哈希映射來(lái)存儲(chǔ)鏈表節(jié)點(diǎn)。

2.哈希映射中的key為節(jié)點(diǎn)的地址,value為節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容。

3.由于哈希映射本身是并發(fā)安全的,因此可以實(shí)現(xiàn)快速且無(wú)鎖的鏈表刪除。無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法

引言

在多線程環(huán)境下,共享鏈表的并發(fā)刪除操作是一個(gè)復(fù)雜且常見的挑戰(zhàn)。無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法提供了一種有效且高效的解決方案,允許在不使用鎖或其他同步原語(yǔ)的情況下從鏈表中刪除節(jié)點(diǎn)。

算法概述

無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法基于稱為“標(biāo)記刪除”的技術(shù)。該技術(shù)涉及將要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為已刪除,而不是實(shí)際將其從鏈表中移除。其他線程可以繼續(xù)訪問該節(jié)點(diǎn),直到所有引用該節(jié)點(diǎn)的線程都完成。隨后,一個(gè)單獨(dú)的清理線程負(fù)責(zé)從鏈表中物理刪除已標(biāo)記為已刪除的節(jié)點(diǎn)。

算法步驟

無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法的步驟如下:

1.標(biāo)記節(jié)點(diǎn):要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)被標(biāo)記為已刪除。標(biāo)記操作是原子性的。

2.解除引用:所有引用該節(jié)點(diǎn)的線程都解除引用。

3.清理:一個(gè)單獨(dú)的清理線程負(fù)責(zé)從鏈表中物理刪除所有已標(biāo)記為已刪除的節(jié)點(diǎn)。清理操作是周期性執(zhí)行的。

標(biāo)記操作

標(biāo)記操作是原子性的,這意味著它要么完全發(fā)生,要么根本不發(fā)生。這確保了節(jié)點(diǎn)要么被標(biāo)記為已刪除,要么不被標(biāo)記為已刪除。標(biāo)記操作通過使用比較并交換(CAS)指令實(shí)現(xiàn)。

解除引用操作

當(dāng)節(jié)點(diǎn)被標(biāo)記為已刪除后,所有引用該節(jié)點(diǎn)的線程都會(huì)解除引用。這意味著線程不再使用該節(jié)點(diǎn),并且可以繼續(xù)執(zhí)行。解除引用操作不是原子性的,但它是安全的,因?yàn)楣?jié)點(diǎn)已被標(biāo)記為已刪除。

清理操作

清理操作由一個(gè)單獨(dú)的線程周期性執(zhí)行。該線程遍歷鏈表,將所有標(biāo)記為已刪除的節(jié)點(diǎn)物理刪除。清理操作通常在后臺(tái)進(jìn)行,對(duì)其他線程的性能影響最小。

優(yōu)點(diǎn)

無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法具有以下優(yōu)點(diǎn):

*無(wú)鎖:該算法不使用任何鎖或其他同步原語(yǔ),從而消除了死鎖的風(fēng)險(xiǎn)并提高了并發(fā)性。

*高效:標(biāo)記操作和解除引用操作都是高效的,對(duì)性能影響最小。

*可擴(kuò)展性:該算法可以擴(kuò)展到具有大量線程的多處理器系統(tǒng)。

缺點(diǎn)

無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法也存在以下缺點(diǎn):

*內(nèi)存開銷:標(biāo)記已刪除的節(jié)點(diǎn)會(huì)增加鏈表的內(nèi)存開銷。

*延遲:已刪除的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)保留在鏈表中,這可能會(huì)導(dǎo)致其他線程的延遲。

*ABA問題:如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)被標(biāo)記為已刪除,然后被修改并再次標(biāo)記為已刪除,可能會(huì)導(dǎo)致循環(huán)引用并導(dǎo)致算法失敗。

應(yīng)用

無(wú)鎖鏈表并發(fā)刪除算法可用于各種應(yīng)用程序中,包括:

*高并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

*無(wú)鎖隊(duì)列和棧

*并發(fā)的垃圾收集器

*緩存管理第七部分鏈表并發(fā)刪除的優(yōu)化策略關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【CAS優(yōu)化】:

1.使用比較并交換(CAS)原子操作來(lái)更新鏈表指針,確保并發(fā)刪除操作的原子性。

2.當(dāng)鏈表節(jié)點(diǎn)已被其他線程刪除時(shí),CAS操作將失敗,避免了競(jìng)爭(zhēng)條件。

3.CAS優(yōu)化提高了刪除操作的效率和并發(fā)性,減少了死鎖和數(shù)據(jù)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

【標(biāo)記刪除】:

鏈表并發(fā)刪除的優(yōu)化策略

在多線程環(huán)境下,對(duì)鏈表進(jìn)行并發(fā)刪除操作時(shí),為確保數(shù)據(jù)一致性和程序正確性,需要采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化策略。以下介紹幾種常用的優(yōu)化策略:

#原子操作

使用原子操作,如compare-and-swap(CAS)操作,可以確保在刪除操作過程中,鏈表的指針不會(huì)被其他線程修改。具體步驟如下:

*線程A嘗試讀取要?jiǎng)h除節(jié)點(diǎn)的指針值。

*線程A將指針值與期望值進(jìn)行比較。

*如果指針值匹配,線程A使用CAS操作將指針值替換為null。

*如果指針值不匹配,說明節(jié)點(diǎn)已被其他線程刪除或修改,線程A重新開始刪除過程。

#獨(dú)占鎖

使用獨(dú)占鎖可以確保在刪除操作過程中,其他線程不會(huì)訪問或修改鏈表。具體步驟如下:

*線程A獲取鏈表的獨(dú)占鎖。

*線程A刪除要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)。

*線程A釋放鏈表的獨(dú)占鎖。

#樂觀并發(fā)

樂觀并發(fā)基于以下假設(shè):在大多數(shù)情況下,并發(fā)刪除操作不會(huì)發(fā)生沖突。具體步驟如下:

*線程A標(biāo)記要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)為“已刪除”。

*線程A繼續(xù)執(zhí)行其他操作,如更新指針或釋放內(nèi)存。

*線程A定期檢查“已刪除”節(jié)點(diǎn),并將其從鏈表中物理刪除。

#雙向鏈表

使用雙向鏈表可以簡(jiǎn)化并發(fā)刪除操作。具體步驟如下:

*線程A標(biāo)記要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn)為“已刪除”。

*線程A修改相鄰節(jié)點(diǎn)的指針,使其指向被刪除節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

*線程A修改被刪除節(jié)點(diǎn)的指針,使其指向被刪除節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

#無(wú)鎖鏈表

無(wú)鎖鏈表通過使用引用計(jì)數(shù)和標(biāo)記刪除等技術(shù),無(wú)需使用鎖或原子操作即可實(shí)現(xiàn)并發(fā)刪除。具體步驟如下:

*線程A將被刪除節(jié)點(diǎn)的引用計(jì)數(shù)減1。

*當(dāng)引用計(jì)數(shù)降至0時(shí),線程A將被刪除節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為“已刪除”。

*垃圾收集器定期掃描鏈表并刪除標(biāo)記為“已刪除”的節(jié)點(diǎn)。

#選擇優(yōu)化策略的原則

選擇合適的優(yōu)化策略需要考慮以下原則:

*沖突頻率:并發(fā)刪除操作的沖突頻率。

*線程并發(fā)性:參與并發(fā)刪除操作的線程數(shù)量。

*鏈表結(jié)構(gòu):鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和訪問模式。

*性能和可伸縮性:優(yōu)化策略對(duì)程序性能和可伸縮性的影響。

在實(shí)際應(yīng)用中,可以根據(jù)具體場(chǎng)景選擇并組合多種優(yōu)化策略,以達(dá)到最佳的效率和可靠性。第八部分鏈表并發(fā)刪除的應(yīng)用場(chǎng)景關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)高并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.鏈表作為一種高并發(fā)場(chǎng)景下常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),具有插入、刪除和查找的快速訪問性能。

2.在高并發(fā)環(huán)境下,多個(gè)線程同時(shí)對(duì)鏈表進(jìn)行操作會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和一致性問題,需要采用并發(fā)控制機(jī)制。

3.可選的并發(fā)控制機(jī)制包括鎖、原子操作和無(wú)鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等,具體選擇取決于應(yīng)用場(chǎng)景和性能需求。

并發(fā)編程

1.并發(fā)編程旨在管理和協(xié)調(diào)多個(gè)同時(shí)執(zhí)行的任務(wù),以提高程序效率和響應(yīng)時(shí)間。

2.鏈表并發(fā)刪除涉及多個(gè)線程的協(xié)調(diào)和同步,需要采用適當(dāng)?shù)逆i或同步原語(yǔ)來(lái)保證數(shù)據(jù)的一致性和安全性。

3.常用的并發(fā)編程模式包括線程池、信號(hào)量、互斥鎖和條件變量等,可以有效控制線程的并發(fā)訪問。

高性能計(jì)算

1.鏈表并發(fā)刪除在高性能計(jì)算中至關(guān)重要,因?yàn)樗梢员苊怄i競(jìng)爭(zhēng)和減少線程阻塞,從而提高程序的整體性能。

2.無(wú)鎖鏈表、基于事務(wù)的鏈表和稱為不可變鏈表的并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高效的無(wú)鎖并發(fā)刪除。

3.針對(duì)特定硬件平臺(tái)和計(jì)算需求進(jìn)行優(yōu)化至關(guān)重要,以最大限度地提高鏈表并發(fā)刪除的性能。

分布式系統(tǒng)

1.分布式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要支持并發(fā)訪問和數(shù)據(jù)一致性,以確保系統(tǒng)可靠性和可用性。

2.鏈表并發(fā)刪除在分布式系統(tǒng)中面臨額外的挑戰(zhàn),例如網(wǎng)絡(luò)延遲和節(jié)點(diǎn)故障等。

3.分布式鏈表實(shí)現(xiàn)需要考慮數(shù)據(jù)分區(qū)、復(fù)制和一致性協(xié)議,以保證數(shù)據(jù)的可用性和一致性。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

1.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)廣泛使用鏈表來(lái)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù),高效的鏈表并發(fā)刪除對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)性能至關(guān)重要。

2.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中鏈表并發(fā)刪除需要考慮事務(wù)控制、隔離級(jí)別和死鎖處理等因素。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供支持并發(fā)訪問和一致性的內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和并發(fā)控制機(jī)制,以簡(jiǎn)化鏈表并發(fā)刪除的實(shí)現(xiàn)。

云計(jì)算

1.云計(jì)算環(huán)境中的應(yīng)用程序需要支持彈性擴(kuò)展和高并發(fā)訪問,這使得鏈表并發(fā)刪除成為關(guān)鍵的性能考慮因素。

2.云提供商提供托管式數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)和并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)庫(kù),以簡(jiǎn)化云應(yīng)用程序中的鏈表并發(fā)刪除。

3.理解云平臺(tái)的并發(fā)控制機(jī)制和最佳實(shí)踐對(duì)于優(yōu)化云應(yīng)用程序的鏈表并發(fā)刪除性能至關(guān)重要。鏈表并發(fā)刪除的應(yīng)用場(chǎng)景

并發(fā)鏈表是一種線程安全的鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它允許多個(gè)線程同時(shí)對(duì)鏈表進(jìn)行訪問和修改。鏈表并發(fā)刪除是并發(fā)鏈表中至關(guān)重要的一個(gè)操作,因?yàn)樗軌蛟诙嗑€程環(huán)境下安全地從鏈表中移除元素。

鏈表并發(fā)刪除的應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,涉及到各種并行和并發(fā)編程領(lǐng)域,包括:

1.并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

*隊(duì)列和棧:在并發(fā)隊(duì)列和棧中,需要高效且安全的刪除元素。鏈表并發(fā)刪除操作可以保證在多線程環(huán)境下對(duì)隊(duì)列和棧進(jìn)行操作的正確性。

2.并發(fā)算法:

*并行搜索:在并行搜索算法中,需要從共享的鏈表中刪除已經(jīng)處理過的元素。鏈表并發(fā)刪除操作可以防止多個(gè)線程同時(shí)刪除同一元素。

*分布式鎖:在分布式系統(tǒng)中,可以使用鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式鎖。鏈表并發(fā)刪除操作可以保證在多線程環(huán)境下對(duì)分布式鎖進(jìn)行安全的操作。

3.并發(fā)緩存:

*LeastRecentlyUsed(LRU)緩存:LRU緩存是一種使用鏈表來(lái)跟蹤元素使用頻率的并發(fā)緩存。鏈表并發(fā)刪除操作可以保證在多線程環(huán)境下對(duì)LRU緩存進(jìn)行高效且安全的更新。

4.并發(fā)消息傳遞:

*消息隊(duì)列:在并發(fā)消息隊(duì)列中,需要從共享的鏈表中刪除已經(jīng)處理的消息。鏈表并發(fā)刪除操作可以防止多個(gè)線程同時(shí)刪除同一消息。

*發(fā)布-訂閱系統(tǒng):在發(fā)布-訂閱系統(tǒng)中,需要從共享的鏈表中刪除已經(jīng)訂閱的主題。鏈表并發(fā)刪除操作可以保證在多線程環(huán)境下對(duì)發(fā)布-訂閱系統(tǒng)進(jìn)行安全的操作。

5.并發(fā)文件系統(tǒng):

*日志文件:在并發(fā)日志文件中,需要不斷地刪除過期的日志記錄。鏈表并發(fā)刪除操作可以保證在多線程環(huán)境下對(duì)日志文件進(jìn)行安全且高效的更新。

*文件系統(tǒng)索引:在并發(fā)文件系統(tǒng)索引中,需要從共享的鏈表中刪除過期的索引項(xiàng)。鏈表并發(fā)刪除操作可以防止多個(gè)線程同時(shí)刪除同一索引項(xiàng)。

6.并發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù):

*并發(fā)事務(wù)處理:在并發(fā)事務(wù)處理中,需要從共享的鏈表中刪除已經(jīng)完成的事務(wù)。鏈表并發(fā)刪除操作可以防止多個(gè)事務(wù)同時(shí)刪除同一事務(wù)。

*游標(biāo):在并發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)中,游標(biāo)是一種指向數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)果集的指針。鏈表并發(fā)刪除操作可以保證在多線程環(huán)境下對(duì)游標(biāo)進(jìn)行安全的操作。

7.并發(fā)圖形編程:

*場(chǎng)景圖:在并發(fā)圖形編程中,場(chǎng)景圖是一種樹狀結(jié)構(gòu),用于表示三維場(chǎng)景。鏈表并發(fā)刪除操作可以保證在多線程環(huán)境下對(duì)場(chǎng)景圖進(jìn)行高效且安全的更新。

*粒子系統(tǒng):在粒子系統(tǒng)中,需要從共享的鏈表中刪除已經(jīng)過期的粒子。鏈表并發(fā)刪除操作可以防止多個(gè)線程同時(shí)刪除同一粒子。

以上只是鏈表并發(fā)刪除眾多應(yīng)用場(chǎng)景中的一部分,隨著并發(fā)編程的廣泛應(yīng)用,鏈表并發(fā)刪除的重要性也在不斷提高。第九部分詳細(xì)內(nèi)容關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【并發(fā)環(huán)境下的鏈表刪除挑戰(zhàn)】:

1.多線程并發(fā)修改導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致和鏈表?yè)p壞。

2.缺乏同步機(jī)制,導(dǎo)致線程間競(jìng)爭(zhēng)和死鎖。

3.傳統(tǒng)刪除算法無(wú)法保證原子性,可能導(dǎo)致鏈表混亂。

【鏈表并發(fā)刪除算法】:

多線程環(huán)境下的鏈表并發(fā)刪除

詳細(xì)內(nèi)容

簡(jiǎn)介

鏈表是一種廣泛用于存儲(chǔ)和組織數(shù)據(jù)的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在多線程環(huán)境中,多個(gè)線程可能同時(shí)訪問和修改鏈表,導(dǎo)致并發(fā)刪除操作的復(fù)雜性。

并發(fā)刪除的挑戰(zhàn)

在單線程環(huán)境中,刪除鏈表節(jié)點(diǎn)是一個(gè)簡(jiǎn)單的操作,只需調(diào)整指向相鄰節(jié)點(diǎn)的指針即可。然而,在多線程環(huán)境中,刪除操作變得更加復(fù)雜,因?yàn)槠渌€程可能同時(shí)嘗試訪問或修改鏈表:

*原子性問題:?jiǎn)蝹€(gè)刪除操作必須是原子的,即無(wú)法被其他線程打斷。如果一個(gè)線程開始刪除節(jié)點(diǎn),但其他線程在完成之前中斷,則可能會(huì)導(dǎo)致鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)損壞。

*并發(fā)沖突:多個(gè)線程可能同時(shí)嘗試刪除同一個(gè)節(jié)點(diǎn),導(dǎo)致沖突和數(shù)據(jù)損壞。

*循環(huán)引用:如果一個(gè)線程刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn),而另一個(gè)線程仍然持有對(duì)該節(jié)點(diǎn)的引用,則會(huì)出現(xiàn)循環(huán)引用,導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。

解決方案

為了解決并發(fā)刪除問題,提出了以下解決方案:

1.加鎖

最簡(jiǎn)單的解決方案是在刪除操作期間給鏈表加鎖。這確保只有一個(gè)線程可以訪問鏈表,消除沖突和原子性問題。然而,加鎖會(huì)引入性能開銷,

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