无锁有界MPMC环形缓冲区故障

我一直在无锁的多生产者多消费者环形缓冲区上狂奔（我的尝试）。这个想法的基础是使用无符号字符型和无符号短类型的先天溢出，将元素缓冲区固定为这些类型中的任何一个，然后您可以自由循环回到环形缓冲区的开头。

问题是-我的解决方案不适用于多个生产者（尽管适用于N个消费者，也适用于单个生产者单个消费者）。

#include <atomic>

template<typename Element, typename Index = unsigned char> struct RingBuffer
{
  std::atomic<Index> readIndex;
  std::atomic<Index> writeIndex;
  std::atomic<Index> scratchIndex;
  Element elements[1 << (sizeof(Index) * 8)];

  RingBuffer() :
    readIndex(0),
    writeIndex(0),
    scratchIndex(0)
  {
    ;
  }

  bool push(const Element & element)
  {
    while(true)
    {
      const Index currentReadIndex = readIndex.load();
      Index currentWriteIndex = writeIndex.load();
      const Index nextWriteIndex = currentWriteIndex + 1;
      if(nextWriteIndex == currentReadIndex)
      {
        return false;
      }

      if(scratchIndex.compare_exchange_strong(
        currentWriteIndex, nextWriteIndex))
      {
        elements[currentWriteIndex] = element;
        writeIndex = nextWriteIndex;
        return true;
      }
    }
  }

  bool pop(Element & element)
  {
    Index currentReadIndex = readIndex.load();

    while(true)
    {
      const Index currentWriteIndex = writeIndex.load();
      const Index nextReadIndex = currentReadIndex + 1;
      if(currentReadIndex == currentWriteIndex)
      {
        return false;
      }

      element = elements[currentReadIndex];

      if(readIndex.compare_exchange_strong(
        currentReadIndex, nextReadIndex))
      {
        return true;
      }
    }
  }
};

编写的主要思想是使用临时索引'scratchIndex'，该索引充当伪锁，以便在更新writeIndex并允许任何其他生产者进行更新之前，仅一次允许一个生产者在任何时候将其复制构造到元素缓冲区中。 。在我被称为异教徒以暗示我的方法是“无锁的”之前，我意识到这种方法并不是完全无锁的，但实际上（如果可行的话）它比使用普通互斥锁要快得多！

我知道这里有一个（更复杂的）MPMC环形缓冲区解决方案，http: //www.1024cores.net/home/lock-free-algorithms/queues/bounded-mpmc-queue ，但是我确实在尝试用我的想法进行比较反对这种方法，找出每个方法的优势（或者实际上我的方法是否完全失败！）。

我尝试过的事情；

• 使用compare_exchange_weak
• 使用更精确的std :: memory_order匹配我想要的行为
• 在我拥有的各种索引之间添加缓存行填充
• 使元素std :: atomic而不只是Element数组

我敢肯定，这归结为我的脑海中关于如何使用原子访问来使用互斥锁进行回旋的基本段错误，对于任何指出哪些神经元在我的脑中急剧失灵的人，我将深表感谢！:)