CaSTM 是一个高性能的 C++ 软件事务内存（STM）原型库。它采用了 MVCC（多版本并发控制） 和 EBR（基于周期的内存回收） 技术，为开发者提供了一种无锁读取、自动冲突检测的并发编程模型。
CaSTM 采用分层架构设计，模块之间职责分明。下图展示了核心组件之间的依赖关系：
classDiagram
%% 顶层：用户接口
class STM_API {
+atomically(func)
+Var<T>
}
%% 核心逻辑层
class Transaction {
+begin()
+commit()
+load(TMVar)
+store(TMVar, val)
}
class TransactionDescriptor {
-read_set_
-write_set_
-lock_set_
+addToReadSet()
+addToWriteSet()
}
%% 数据层
class TMVar_T {
-atomic<Node*> head_
+validate()
+committer()
}
class VersionNode_T {
+uint64_t write_ts
+T payload
+operator new()
}
%% 基础设施层
class Infrastructure {
<<Service>>
}
class GlobalClock
class StripedLockTable
class EBRManager
class ThreadHeap
%% 关系描述
STM_API ..> Transaction : 使用
STM_API ..> TMVar_T : 定义变量
Transaction --> TransactionDescriptor : 1. 持有事务状态
Transaction ..> TMVar_T : 2. 读写操作 (Load/Store)
Transaction ..> GlobalClock : 3. 获取时间戳 (RV/WV)
Transaction ..> StripedLockTable : 4. 提交时加锁
TMVar_T *-- VersionNode_T : 5. 管理版本链表
TMVar_T ..> EBRManager : 6. 退休旧版本 (Retire)
VersionNode_T ..> ThreadHeap : 7. 内存分配
TransactionDescriptor ..> ThreadHeap : 8. 记录分配
note for TransactionDescriptor "为了解耦，Descriptor 内部\n只存储 void* 和函数指针\n不直接依赖 TMVar 具体类型"
-
Transaction (核心引擎)：
- 依赖：
TransactionDescriptor（存储状态）、GlobalClock（获取版本号）、StripedLockTable（写操作加锁）。 - 交互：通过模版方法
load<T>/store<T>与TMVar交互。它负责编排事务的begin、验证（Validation）和commit流程。
- 依赖：
-
TransactionDescriptor (状态容器)：
- 职责：维护事务的 读集 (ReadSet)、写集 (WriteSet) 和 分配集 (AllocationSet)。
- 解耦设计：为了避免头文件循环依赖，它不直接引用
TMVar，而是存储void*指针和静态回调函数（Validator,Committer）。
-
TMVar & VersionNode (数据结构)：
- TMVar：用户视角的共享变量。内部维护一个指向
VersionNode的原子指针head_。它提供静态的validate（验证）和committer（提交）函数供事务引擎回调。 - VersionNode：实际存储数据的节点，包含
write_ts（写入时间戳）和prev（前驱指针）。 - 依赖：
VersionNode重载了new/delete，直接依赖ThreadHeap进行内存分配。TMVar依赖EBRManager来安全地回收被切断的旧链表节点。
- TMVar：用户视角的共享变量。内部维护一个指向
-
Infrastructure (基础设施)：
- GlobalClock：提供全局单调递增的时间戳。
- StripedLockTable：基于哈希的条带锁，用于在 Commit 阶段保护写集，避免死锁。
- EBRManager：解决 ABA 问题和内存释放时的并发安全问题。
- ThreadHeap：线程局部内存池，加速小对象的分配与释放。
使用 STM::Var<T> 定义需要在线程间共享的数据。
#include "STM.hpp"
struct Account {
int id;
int balance;
};
// 定义一个共享的账户变量
STM::Var<Account> shared_account(1, 100);使用 STM::atomically 包裹业务逻辑。Lambda 接收 Transaction& 句柄。
void update_account(int money) {
STM::atomically([&](Transaction& tx) {
// 1. 读取 (Load)
// 返回的是 Account 的值拷贝
Account acc = tx.load(shared_account);
// 2. 修改 (Local Modification)
acc.balance += money;
// 3. 写入 (Store)
// 此时并未修改全局数据，而是写入了 TransactionDescriptor 的写集
tx.store(shared_account, acc);
});
// Lambda 结束时自动 Commit。如果冲突，自动重试。
}在事务中分配内存应使用 tx.alloc<T>，确保事务回滚时内存能被自动回收。
STM::atomically([&](Transaction& tx) {
// 类似于 new int(42)，但受事务管理
int* ptr = tx.alloc<int>(42);
// ... 使用 ptr ...
// 如果事务 Abort，ptr 会被自动 delete，不会内存泄漏
});本项目基于 C++17 标准。
.
├── include/
│ ├── STM.hpp # 聚合头文件
│ ├── Transaction.hpp # 事务核心逻辑
│ ├── TransactionDescriptor.hpp # 事务状态描述符
│ ├── TMVar.hpp # 事务变量模版
│ ├── VersionNode.hpp # 多版本节点 (detail)
│ ├── GlobalClock.hpp # 全局时钟
│ ├── StripedLockTable.hpp # 条带锁表
│ └── TierAlloc/ # 内存分配器组件
├── src/
│ ├── Transaction.cpp # 事务的非模版实现 (Commit/Validate逻辑)
│ ├── GlobalClock.cpp
│ └── ...
└── tests/
- C++ Standard: C++17
- Compiler: GCC 9+, Clang 10+, MSVC 2019+
- System: Linux (推荐), Windows, macOS
mkdir build && cd build
cmake ..
make -j4