1.0.6.3: thread and interrupt safe CLOS cache
[sbcl.git] / src / pcl / cache.lisp
index 29af071..196b57a 100644 (file)
 ;;;; warranty about the software, its performance or its conformity to any
 ;;;; specification.
 
-(in-package "SB-PCL")
-\f
-;;; Ye olde CMUCL comment follows, but it seems likely that the paper
-;;; that would be inserted would resemble Kiczales and Rodruigez,
-;;; Efficient Method Dispatch in PCL, ACM 1990.  Some of the details
-;;; changed between that paper and "May Day PCL" of 1992; some other
-;;; details have changed since, but reading that paper gives the broad
-;;; idea.
-;;;
-;;; The caching algorithm implemented:
-;;;
-;;; << put a paper here >>
-;;;
-;;; For now, understand that as far as most of this code goes, a cache
-;;; has two important properties. The first is the number of wrappers
-;;; used as keys in each cache line. Throughout this code, this value
-;;; is always called NKEYS. The second is whether or not the cache
-;;; lines of a cache store a value. Throughout this code, this always
-;;; called VALUEP.
-;;;
-;;; Depending on these values, there are three kinds of caches.
-;;;
-;;; NKEYS = 1, VALUEP = NIL
-;;;
-;;; In this kind of cache, each line is 1 word long. No cache locking
-;;; is needed since all read's in the cache are a single value.
-;;; Nevertheless line 0 (location 0) is reserved, to ensure that
-;;; invalid wrappers will not get a first probe hit.
-;;;
-;;; To keep the code simpler, a cache lock count does appear in
-;;; location 0 of these caches, that count is incremented whenever
-;;; data is written to the cache. But, the actual lookup code (see
-;;; make-dlap) doesn't need to do locking when reading the cache.
-;;;
-;;; NKEYS = 1, VALUEP = T
-;;;
-;;; In this kind of cache, each line is 2 words long. Cache locking
-;;; must be done to ensure the synchronization of cache reads. Line 0
-;;; of the cache (location 0) is reserved for the cache lock count.
-;;; Location 1 of the cache is unused (in effect wasted).
-;;;
-;;; NKEYS > 1
-;;;
-;;; In this kind of cache, the 0 word of the cache holds the lock
-;;; count. The 1 word of the cache is line 0. Line 0 of these caches
-;;; is not reserved.
-;;;
-;;; This is done because in this sort of cache, the overhead of doing
-;;; the cache probe is high enough that the 1+ required to offset the
-;;; location is not a significant cost. In addition, because of the
-;;; larger line sizes, the space that would be wasted by reserving
-;;; line 0 to hold the lock count is more significant.
-\f
-;;; caches
-;;;
-;;; A cache is essentially just a vector. The use of the individual
-;;; `words' in the vector depends on particular properties of the
-;;; cache as described above.
-;;;
-;;; This defines an abstraction for caches in terms of their most
-;;; obvious implementation as simple vectors. But, please notice that
-;;; part of the implementation of this abstraction, is the function
-;;; lap-out-cache-ref. This means that most port-specific
-;;; modifications to the implementation of caches will require
-;;; corresponding port-specific modifications to the lap code
-;;; assembler.
-(defmacro cache-vector-ref (cache-vector location)
-  `(svref (the simple-vector ,cache-vector)
-          (sb-ext:truly-the fixnum ,location)))
-
-(defmacro cache-vector-size (cache-vector)
-  `(array-dimension (the simple-vector ,cache-vector) 0))
-
-(defmacro cache-vector-lock-count (cache-vector)
-  `(cache-vector-ref ,cache-vector 0))
+;;;; Note: as of SBCL 1.0.6.3 it is questionable if cache.lisp can
+;;;; anymore be considered to be "derived from software originally
+;;;; released by Xerox Corporation", as at that time the whole cache
+;;;; implementation was essentially redone from scratch.
 
-(defun flush-cache-vector-internal (cache-vector)
-  ;; FIXME: To my eye this PCL-LOCK implies we should be holding the
-  ;; lock whenever we play with any cache vector, which doesn't seem
-  ;; to be true. On the other hand that would be too expensive as
-  ;; well, since it would mean serialization across all GFs.
-  (with-pcl-lock
-    (fill (the simple-vector cache-vector) nil)
-    (setf (cache-vector-lock-count cache-vector) 0))
-  cache-vector)
-
-;;; Return an empty cache vector
-(defun get-cache-vector (size)
-  (declare (type (and unsigned-byte fixnum) size))
-  (let ((cv (make-array size :initial-element nil)))
-    (setf (cache-vector-lock-count cv) 0)
-    cv))
-
-(defmacro modify-cache (cache-vector &body body)
-  `(with-pcl-lock
-     ;; This locking scheme is less the sufficient, and not what the
-     ;; PCL implementors had planned: apparently we should increment
-     ;; the lock count atomically, and all cache users should check
-     ;; the count before and after they touch cache: if the counts
-     ;; match the cache was not altered, if they don't match the
-     ;; work needs to be redone.
-     ;;
-     ;; We probably want to re-engineer things so that the whole
-     ;; cache vector gets replaced atomically when we do things
-     ;; to it that could affect others.
-     (multiple-value-prog1
-       (progn ,@body)
-       (let ((old-count (cache-vector-lock-count ,cache-vector)))
-         (declare (fixnum old-count))
-         (setf (cache-vector-lock-count ,cache-vector)
-               (if (= old-count most-positive-fixnum)
-                   1
-                   (1+ old-count)))))))
-
-(eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
-  (declaim (ftype (function (fixnum) (values (and unsigned-byte fixnum) &optional))
-                  power-of-two-ceiling))
-  (defun power-of-two-ceiling (x)
-    ;; (expt 2 (ceiling (log x 2)))
-    (ash 1 (integer-length (1- x)))))
-
-;;; FIXME: We should probably keep just one of these -- or at least use just
-;;; one.
-(declaim (inline compute-line-size))
-(defun compute-line-size (x)
-  (power-of-two-ceiling x))
-
-(defconstant +nkeys-limit+ 256)
+(in-package "SB-PCL")
 
-(defstruct (cache (:constructor make-cache ())
-                  (:copier copy-cache-internal))
-  (owner nil)
-  (nkeys 1 :type (integer 1 #.+nkeys-limit+))
-  (valuep nil :type (member nil t))
-  (nlines 0 :type fixnum)
-  (limit-fn #'default-limit-fn :type function)
-  (mask 0 :type fixnum)
-  (size 0 :type fixnum)
-  (line-size 1 :type (integer 1 #.(power-of-two-ceiling (1+ +nkeys-limit+))))
-  (max-location 0 :type fixnum)
+;;;; Public API:
+;;;;
+;;;;   fill-cache
+;;;;   probe-cache
+;;;;   make-cache
+;;;;   map-cache
+;;;;   emit-cache-lookup
+;;;;   copy-cache
+;;;;   hash-table-to-cache
+;;;;
+;;;; This is a thread and interrupt safe reimplementation loosely
+;;;; based on the original PCL cache by Kickzales and Rodrigues,
+;;;; as described in "Efficient Method Dispatch in PCL".
+;;;;
+;;;; * Writes to cache are made atomic using compare-and-swap on
+;;;;   wrappers. Wrappers are never moved or deleted after they have
+;;;;   been written: to clean them out the cache need to be copied.
+;;;;
+;;;; * Copying or expanding the cache drops out incomplete and invalid
+;;;;   lines.
+;;;;
+;;;; * Since the cache is used for memoization only we don't need to
+;;;;   worry about which of simultaneous replacements (when expanding
+;;;;   the cache) takes place: the loosing one will have its work
+;;;;   redone later. This also allows us to drop entries when the
+;;;;   cache is about to grow insanely huge.
+;;;;
+;;;; The cache is essentially a specialized hash-table for layouts, used
+;;;; for memoization of effective methods, slot locations, and constant
+;;;; return values.
+;;;;
+;;;; Subsequences of the cache vector are called cache lines.
+;;;;
+;;;; The cache vector uses the symbol SB-PCL::..EMPTY.. as a sentinel
+;;;; value, to allow storing NILs in the vector as well.
+
+(defstruct (cache (:constructor %make-cache)
+                  (:copier %copy-cache))
+  ;; Number of keys the cache uses.
+  (key-count 1 :type (integer 1 (#.call-arguments-limit)))
+  ;; True if we store values in the cache.
+  (value)
+  ;; Number of vector elements a single cache line uses in the vector.
+  ;; This is always a power of two, so that the vector length can be both
+  ;; an exact multiple of this and a power of two.
+  (line-size 1 :type (integer 1 #.most-positive-fixnum))
+  ;; Cache vector, its length is always both a multiple of line-size
+  ;; and a power of two. This is so that we can calculate
+  ;;   (mod index (length vector))
+  ;; using a bitmask.
   (vector #() :type simple-vector)
-  (overflow nil :type list))
-
-#-sb-fluid (declaim (sb-ext:freeze-type cache))
-\f
-;;;; wrapper cache numbers
-
-;;; The constant WRAPPER-CACHE-NUMBER-ADDS-OK controls the number of
-;;; non-zero bits wrapper cache numbers will have.
-;;;
-;;; The value of this constant is the number of wrapper cache numbers
-;;; which can be added and still be certain the result will be a
-;;; fixnum. This is used by all the code that computes primary cache
-;;; locations from multiple wrappers.
-;;;
-;;; The value of this constant is used to derive the next two which
-;;; are the forms of this constant which it is more convenient for the
-;;; runtime code to use.
-(defconstant wrapper-cache-number-length
-  (integer-length (1- layout-clos-hash-limit)))
-(defconstant wrapper-cache-number-mask (1- layout-clos-hash-limit))
-(defconstant wrapper-cache-number-adds-ok
-  (truncate most-positive-fixnum (1- layout-clos-hash-limit)))
-\f
-;;;; wrappers themselves
-
-;;; FIXME: delete this comment, possibly replacing it with a reference
-;;; to Kiczales and Rodruigez
-;;;
-;;; This caching algorithm requires that wrappers have more than one
-;;; wrapper cache number. You should think of these multiple numbers
-;;; as being in columns. That is, for a given cache, the same column
-;;; of wrapper cache numbers will be used.
-;;;
-;;; If at some point the cache distribution of a cache gets bad, the
-;;; cache can be rehashed by switching to a different column.
-;;;
-;;; The columns are referred to by field number which is that number
-;;; which, when used as a second argument to wrapper-ref, will return
-;;; that column of wrapper cache number.
-;;;
-;;; This code is written to allow flexibility as to how many wrapper
-;;; cache numbers will be in each wrapper, and where they will be
-;;; located. It is also set up to allow port specific modifications to
-;;; `pack' the wrapper cache numbers on machines where the addressing
-;;; modes make that a good idea.
-
-(unless (boundp '*the-class-t*)
-  (setq *the-class-t* nil))
-
-(defun get-cache (nkeys valuep limit-fn nlines)
-  (let ((cache (make-cache)))
-    (declare (type cache cache))
-    (multiple-value-bind (cache-mask actual-size line-size nlines)
-        (compute-cache-parameters nkeys valuep nlines)
-      (setf (cache-nkeys cache) nkeys
-            (cache-valuep cache) valuep
-            (cache-nlines cache) nlines
-            (cache-limit-fn cache) limit-fn
-            (cache-mask cache) cache-mask
-            (cache-size cache) actual-size
-            (cache-line-size cache) line-size
-            (cache-max-location cache) (let ((line (1- nlines)))
-                                         (if (= nkeys 1)
-                                             (* line line-size)
-                                             (1+ (* line line-size))))
-            (cache-vector cache) (get-cache-vector actual-size)
-            (cache-overflow cache) nil)
-      cache)))
-
-(defun get-cache-from-cache (old-cache new-nlines)
-  (let ((nkeys (cache-nkeys old-cache))
-        (valuep (cache-valuep old-cache))
-        (cache (make-cache)))
-    (declare (type cache cache))
-    (multiple-value-bind (cache-mask actual-size line-size nlines)
-        (if (= new-nlines (cache-nlines old-cache))
-            (values (cache-mask old-cache) (cache-size old-cache)
-                    (cache-line-size old-cache) (cache-nlines old-cache))
-            (compute-cache-parameters nkeys valuep new-nlines))
-      (setf (cache-owner cache) (cache-owner old-cache)
-            (cache-nkeys cache) nkeys
-            (cache-valuep cache) valuep
-            (cache-nlines cache) nlines
-            (cache-limit-fn cache) (cache-limit-fn old-cache)
-            (cache-mask cache) cache-mask
-            (cache-size cache) actual-size
-            (cache-line-size cache) line-size
-            (cache-max-location cache) (let ((line (1- nlines)))
-                                         (if (= nkeys 1)
-                                             (* line line-size)
-                                             (1+ (* line line-size))))
-            (cache-vector cache) (get-cache-vector actual-size)
-            (cache-overflow cache) nil)
-      cache)))
-
-(defun copy-cache (old-cache)
-  (let* ((new-cache (copy-cache-internal old-cache))
-         (size (cache-size old-cache))
-         (old-vector (cache-vector old-cache))
-         (new-vector (get-cache-vector size)))
-    (declare (simple-vector old-vector new-vector))
-    (dotimes-fixnum (i size)
-      (setf (svref new-vector i) (svref old-vector i)))
-    (setf (cache-vector new-cache) new-vector)
-    new-cache))
-
-(defun compute-cache-parameters (nkeys valuep nlines-or-cache-vector)
-  ;;(declare (values cache-mask actual-size line-size nlines))
-  (declare (fixnum nkeys))
-  (if (= nkeys 1)
-      (let* ((line-size (if valuep 2 1))
-             (cache-size (etypecase nlines-or-cache-vector
-                           (fixnum
-                            (* line-size
-                               (power-of-two-ceiling nlines-or-cache-vector)))
-                           (vector
-                            (cache-vector-size nlines-or-cache-vector)))))
-        (declare (type (and unsigned-byte fixnum) line-size cache-size))
-        (values (logxor (1- cache-size) (1- line-size))
-                cache-size
-                line-size
-                (floor cache-size line-size)))
-      (let* ((line-size (power-of-two-ceiling (if valuep (1+ nkeys) nkeys)))
-             (cache-size (etypecase nlines-or-cache-vector
-                           (fixnum
-                            (* line-size
-                                (power-of-two-ceiling nlines-or-cache-vector)))
-                           (vector
-                             (1- (cache-vector-size nlines-or-cache-vector))))))
-        (declare (fixnum line-size cache-size))
-        (values (logxor (1- cache-size) (1- line-size))
-                (1+ cache-size)
-                line-size
-                (floor cache-size line-size)))))
-\f
-;;; the various implementations of computing a primary cache location from
-;;; wrappers. Because some implementations of this must run fast there are
-;;; several implementations of the same algorithm.
-;;;
-;;; The algorithm is:
+  ;; The bitmask used to calculate (mod index (length vector))l
+  (mask 0 :type fixnum)
+  ;; Current probe-depth needed in the cache.
+  (depth 0 :type index)
+  ;; Maximum allowed probe-depth before the cache needs to expand.
+  (limit 0 :type index))
+
+;;; The smallest power of two that is equal to or greater then X.
+(declaim (inline power-of-two-ceiling))
+(defun power-of-two-ceiling (x)
+  (ash 1 (integer-length (1- x))))
+
+;;; Don't allocate insanely huge caches.
+(defconstant +cache-vector-max-length+ (expt 2 14))
+
+;;; Compute the maximum allowed probe depth as a function of cache size.
+;;; Cache size refers to number of cache lines, not the length of the
+;;; cache vector.
 ;;;
-;;;  SUM       over the wrapper cache numbers,
-;;;  ENSURING  that the result is a fixnum
-;;;  MASK      the result against the mask argument.
+;;; FIXME: It would be nice to take the generic function optimization
+;;; policy into account here (speed vs. space.)
+(declaim (inline compute-limit))
+(defun compute-limit (size)
+  (ceiling (sqrt size) 2))
+
+;;; Returns VALUE if it is not ..EMPTY.., otherwise executes ELSE:
+(defmacro non-empty-or (value else)
+  (with-unique-names (n-value)
+    `(let ((,n-value ,value))
+       (if (eq ,n-value '..empty..)
+           ,else
+           ,n-value))))
+
+;;; Fast way to check if a thing found at the position of a cache key is one:
+;;; it is always either a wrapper, or the ..EMPTY.. symbol.
+(declaim (inline cache-key-p))
+(defun cache-key-p (thing)
+  (not (symbolp thing)))
 
-;;; The basic functional version. This is used by the cache miss code to
-;;; compute the primary location of an entry.
-(defun compute-primary-cache-location (mask wrappers)
-  (declare (fixnum mask))
-  (if (not (listp wrappers))
-      (logand mask (layout-clos-hash wrappers))
-      (let ((location 0)
-            (i 0))
-        (declare (fixnum location i))
-        (dolist (wrapper wrappers)
-          ;; First add the cache number of this wrapper to location.
-          (let ((wrapper-cache-number (layout-clos-hash wrapper)))
-            (if (zerop wrapper-cache-number)
-                (return-from compute-primary-cache-location 0)
-                (incf location wrapper-cache-number)))
-          ;; Then, if we are working with lots of wrappers, deal with
-          ;; the wrapper-cache-number-mask stuff.
-          (when (and (not (zerop i))
-                     (zerop (mod i wrapper-cache-number-adds-ok)))
-            (setq location
-                  (logand location wrapper-cache-number-mask)))
-          (incf i))
-        (1+ (logand mask location)))))
-
-;;; This version is called on a cache line. It fetches the wrappers
-;;; from the cache line and determines the primary location. Various
-;;; parts of the cache filling code call this to determine whether it
-;;; is appropriate to displace a given cache entry.
-;;;
-;;; If this comes across a wrapper whose CACHE-NO is 0, it returns the
-;;; symbol invalid to suggest to its caller that it would be provident
-;;; to blow away the cache line in question.
-(defun compute-primary-cache-location-from-location (to-cache
-                                                     from-location
-                                                     &optional
-                                                     (from-cache to-cache))
-  (declare (type cache to-cache from-cache) (fixnum from-location))
-  (let ((result 0)
-        (cache-vector (cache-vector from-cache))
-        (mask (cache-mask to-cache))
-        (nkeys (cache-nkeys to-cache)))
-    (declare (fixnum result mask nkeys)
-             (simple-vector cache-vector))
-    (dotimes-fixnum (i nkeys)
-      ;; FIXME: Sometimes we get NIL here as wrapper, apparently because
-      ;; another thread has stomped on the cache-vector.
-      (let* ((wrapper (cache-vector-ref cache-vector (+ i from-location)))
-             (wcn (layout-clos-hash wrapper)))
-        (incf result wcn))
-      (when (and (not (zerop i))
-                 (zerop (mod i wrapper-cache-number-adds-ok)))
-        (setq result (logand result wrapper-cache-number-mask))))
-    (if (= nkeys 1)
-        (logand mask result)
-        (1+ (logand mask result)))))
-\f
-(defmacro with-local-cache-functions ((cache) &body body)
-  `(let ((.cache. ,cache))
-     (declare (type cache .cache.))
-     (labels ((cache () .cache.)
-              (nkeys () (cache-nkeys .cache.))
-              (line-size () (cache-line-size .cache.))
-              (c-vector () (cache-vector .cache.))
-              (valuep () (cache-valuep .cache.))
-              (nlines () (cache-nlines .cache.))
-              (max-location () (cache-max-location .cache.))
-              (limit-fn () (cache-limit-fn .cache.))
-              (size () (cache-size .cache.))
-              (mask () (cache-mask .cache.))
-              (overflow () (cache-overflow .cache.))
-              ;;
-              ;; Return T IFF this cache location is reserved.  The
-              ;; only time this is true is for line number 0 of an
-              ;; nkeys=1 cache.
-              ;;
-              (line-reserved-p (line)
-                (declare (fixnum line))
-                (and (= (nkeys) 1)
-                     (= line 0)))
-              ;;
-              (location-reserved-p (location)
-                (declare (fixnum location))
-                (and (= (nkeys) 1)
-                     (= location 0)))
-              ;;
-              ;; Given a line number, return the cache location.
-              ;; This is the value that is the second argument to
-              ;; cache-vector-ref.  Basically, this deals with the
-              ;; offset of nkeys>1 caches and multiplies by line
-              ;; size.
-              ;;
-              (line-location (line)
-                (declare (fixnum line))
-                (when (line-reserved-p line)
-                  (error "line is reserved"))
-                (if (= (nkeys) 1)
-                    (the fixnum (* line (line-size)))
-                    (the fixnum (1+ (the fixnum (* line (line-size)))))))
-              ;;
-              ;; Given a cache location, return the line.  This is
-              ;; the inverse of LINE-LOCATION.
-              ;;
-              (location-line (location)
-                (declare (fixnum location))
-                (if (= (nkeys) 1)
-                    (floor location (line-size))
-                    (floor (the fixnum (1- location)) (line-size))))
-              ;;
-              ;; Given a line number, return the wrappers stored at
-              ;; that line.  As usual, if nkeys=1, this returns a
-              ;; single value.  Only when nkeys>1 does it return a
-              ;; list.  An error is signalled if the line is
-              ;; reserved.
-              ;;
-              (line-wrappers (line)
-                (declare (fixnum line))
-                (when (line-reserved-p line) (error "Line is reserved."))
-                (location-wrappers (line-location line)))
-              ;;
-              (location-wrappers (location) ; avoid multiplies caused by line-location
-                (declare (fixnum location))
-                (if (= (nkeys) 1)
-                    (cache-vector-ref (c-vector) location)
-                    (let ((list (make-list (nkeys)))
-                          (vector (c-vector)))
-                      (declare (simple-vector vector))
-                      (dotimes (i (nkeys) list)
-                        (declare (fixnum i))
-                        (setf (nth i list)
-                              (cache-vector-ref vector (+ location i)))))))
-              ;;
-              ;; Given a line number, return true IFF the line's
-              ;; wrappers are the same as wrappers.
-              ;;
-              (line-matches-wrappers-p (line wrappers)
-                (declare (fixnum line))
-                (and (not (line-reserved-p line))
-                     (location-matches-wrappers-p (line-location line)
-                                                  wrappers)))
-              ;;
-              (location-matches-wrappers-p (loc wrappers) ; must not be reserved
-                (declare (fixnum loc))
-                (let ((cache-vector (c-vector)))
-                  (declare (simple-vector cache-vector))
-                  (if (= (nkeys) 1)
-                      (eq wrappers (cache-vector-ref cache-vector loc))
-                      (dotimes (i (nkeys) t)
-                        (declare (fixnum i))
-                        (unless (eq (pop wrappers)
-                                    (cache-vector-ref cache-vector (+ loc i)))
-                          (return nil))))))
-              ;;
-              ;; Given a line number, return the value stored at that line.
-              ;; If valuep is NIL, this returns NIL.  As with line-wrappers,
-              ;; an error is signalled if the line is reserved.
-              ;;
-              (line-value (line)
-                (declare (fixnum line))
-                (when (line-reserved-p line) (error "Line is reserved."))
-                (location-value (line-location line)))
-              ;;
-              (location-value (loc)
-                (declare (fixnum loc))
-                (and (valuep)
-                     (cache-vector-ref (c-vector) (+ loc (nkeys)))))
-              ;;
-              ;; Given a line number, return true IFF that line has data in
-              ;; it.  The state of the wrappers stored in the line is not
-              ;; checked.  An error is signalled if line is reserved.
-              (line-full-p (line)
-                (when (line-reserved-p line) (error "Line is reserved."))
-                (not (null (cache-vector-ref (c-vector) (line-location line)))))
-              ;;
-              ;; Given a line number, return true IFF the line is full and
-              ;; there are no invalid wrappers in the line, and the line's
-              ;; wrappers are different from wrappers.
-              ;; An error is signalled if the line is reserved.
-              ;;
-              (line-valid-p (line wrappers)
-                (declare (fixnum line))
-                (when (line-reserved-p line) (error "Line is reserved."))
-                (location-valid-p (line-location line) wrappers))
-              ;;
-              (location-valid-p (loc wrappers)
-                (declare (fixnum loc))
-                (let ((cache-vector (c-vector))
-                      (wrappers-mismatch-p (null wrappers)))
-                  (declare (simple-vector cache-vector))
-                  (dotimes (i (nkeys) wrappers-mismatch-p)
-                    (declare (fixnum i))
-                    (let ((wrapper (cache-vector-ref cache-vector (+ loc i))))
-                      (when (or (null wrapper)
-                                (invalid-wrapper-p wrapper))
-                        (return nil))
-                      (unless (and wrappers
-                                   (eq wrapper
-                                       (if (consp wrappers)
-                                           (pop wrappers)
-                                           wrappers)))
-                        (setq wrappers-mismatch-p t))))))
-              ;;
-              ;; How many unreserved lines separate line-1 and line-2.
-              ;;
-              (line-separation (line-1 line-2)
-                (declare (fixnum line-1 line-2))
-                (let ((diff (the fixnum (- line-2 line-1))))
-                  (declare (fixnum diff))
-                  (when (minusp diff)
-                    (setq diff (+ diff (nlines)))
-                    (when (line-reserved-p 0)
-                      (setq diff (1- diff))))
-                  diff))
-              ;;
-              ;; Given a cache line, get the next cache line.  This will not
-              ;; return a reserved line.
-              ;;
-              (next-line (line)
-                (declare (fixnum line))
-                (if (= line (the fixnum (1- (nlines))))
-                    (if (line-reserved-p 0) 1 0)
-                    (the fixnum (1+ line))))
-              ;;
-              (next-location (loc)
-                (declare (fixnum loc))
-                (if (= loc (max-location))
-                    (if (= (nkeys) 1)
-                        (line-size)
-                        1)
-                    (the fixnum (+ loc (line-size)))))
-              ;;
-              ;; Given a line which has a valid entry in it, this
-              ;; will return the primary cache line of the wrappers
-              ;; in that line.  We just call
-              ;; COMPUTE-PRIMARY-CACHE-LOCATION-FROM-LOCATION, this
-              ;; is an easier packaging up of the call to it.
-              ;;
-              (line-primary (line)
-                (declare (fixnum line))
-                (location-line (line-primary-location line)))
-              ;;
-              (line-primary-location (line)
-                (declare (fixnum line))
-                (compute-primary-cache-location-from-location
-                 (cache) (line-location line))))
-       (declare (ignorable #'cache #'nkeys #'line-size #'c-vector #'valuep
-                           #'nlines #'max-location #'limit-fn #'size
-                           #'mask #'overflow #'line-reserved-p
-                           #'location-reserved-p #'line-location
-                           #'location-line #'line-wrappers #'location-wrappers
-                           #'line-matches-wrappers-p
-                           #'location-matches-wrappers-p
-                           #'line-value #'location-value #'line-full-p
-                           #'line-valid-p #'location-valid-p
-                           #'line-separation #'next-line #'next-location
-                           #'line-primary #'line-primary-location))
-       ,@body)))
-\f
-;;; Here is where we actually fill, recache and expand caches.
-;;;
-;;; The functions FILL-CACHE and PROBE-CACHE are the ONLY external
-;;; entrypoints into this code.
+(eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
+  (sb-kernel:define-structure-slot-compare-and-swap compare-and-swap-cache-depth
+      :structure cache
+      :slot depth))
+
+;;; Utility macro for atomic updates without locking... doesn't
+;;; do much right now, and it would be nice to make this more magical.
+(defmacro compare-and-swap (place old new)
+  (unless (consp place)
+    (error "Don't know how to compare and swap ~S." place))
+  (ecase (car place)
+    (svref
+     `(simple-vector-compare-and-swap ,@(cdr place) ,old ,new))
+    (cache-depth
+     `(compare-and-swap-cache-depth ,@(cdr place) ,old ,new))))
+
+;;; Atomically update the current probe depth of a cache.
+(defun note-cache-depth (cache depth)
+  (loop for old = (cache-depth cache)
+        while (and (< old depth)
+                   (not (eq old (compare-and-swap (cache-depth cache)
+                                                  old depth))))))
+
+;;; Compute the starting index of the next cache line in the cache vector.
+(declaim (inline next-cache-index))
+(defun next-cache-index (mask index line-size)
+  (logand mask (+ index line-size)))
+
+;;; Returns the hash-value for layout, or executes ELSE if the layout
+;;; is invalid.
+(defmacro hash-layout-or (layout else)
+  (with-unique-names (n-hash)
+    `(let ((,n-hash (layout-clos-hash ,layout)))
+       (if (zerop ,n-hash)
+           ,else
+           ,n-hash))))
+
+;;; Compute cache index for the cache and a list of layouts.
+(declaim (inline compute-cache-index))
+(defun compute-cache-index (cache layouts)
+  (let ((index (hash-layout-or (car layouts)
+                               (return-from compute-cache-index nil))))
+    (dolist (layout (cdr layouts))
+      (mixf index (hash-layout-or layout (return-from compute-cache-index nil))))
+    ;; align with cache lines
+    (logand (* (cache-line-size cache) index) (cache-mask cache))))
+
+;;; Emit code that does lookup in cache bound to CACHE-VAR using
+;;; layouts bound to LAYOUT-VARS. Go to MISS-TAG on event of a miss or
+;;; invalid layout. Otherwise, if VALUE-VAR is non-nil, set it to the
+;;; value found. (VALUE-VAR is non-nil only when CACHE-VALUE is true.)
 ;;;
-;;; FILL-CACHE returns 1 value: a new cache
+;;; In other words, produces inlined code for COMPUTE-CACHE-INDEX when
+;;; number of keys and presence of values in the cache is known
+;;; beforehand.
+(defun emit-cache-lookup (cache-var layout-vars miss-tag value-var)
+  (let ((line-size (power-of-two-ceiling (+ (length layout-vars)
+                                            (if value-var 1 0)))))
+    (with-unique-names (n-index n-vector n-depth n-pointer n-mask
+                       MATCH-WRAPPERS EXIT-WITH-HIT)
+      `(let* ((,n-index (hash-layout-or ,(car layout-vars) (go ,miss-tag)))
+              (,n-vector (cache-vector ,cache-var)))
+         (declare (index ,n-index))
+         ,@(mapcar (lambda (layout-var)
+                     `(mixf ,n-index (hash-layout-or ,layout-var (go ,miss-tag))))
+                   (cdr layout-vars))
+         ;; align with cache lines
+         (setf ,n-index (logand (* ,line-size ,n-index) (cache-mask ,cache-var)))
+         (let ((,n-depth (cache-depth ,cache-var))
+               (,n-pointer ,n-index)
+               (,n-mask (cache-mask ,cache-var)))
+           (declare (index ,n-depth ,n-pointer))
+           (tagbody
+            ,MATCH-WRAPPERS
+              (when (and ,@(mapcar
+                            (lambda (layout-var)
+                              `(prog1
+                                   (eq ,layout-var (svref ,n-vector ,n-pointer))
+                                 (incf ,n-pointer)))
+                            layout-vars))
+                ,@(when value-var
+                    `((setf ,value-var (non-empty-or (svref ,n-vector ,n-pointer)
+                                                     (go ,miss-tag)))))
+                (go ,EXIT-WITH-HIT))
+              (if (zerop ,n-depth)
+                  (go ,miss-tag)
+                  (decf ,n-depth))
+              (setf ,n-index (next-cache-index ,n-mask ,n-index ,line-size)
+                    ,n-pointer ,n-index)
+              (go ,MATCH-WRAPPERS)
+            ,EXIT-WITH-HIT))))))
+
+;;; Probes CACHE for LAYOUTS.
 ;;;
-;;;   a wrapper field number
-;;;   a cache
-;;;   a mask
-;;;   an absolute cache size (the size of the actual vector)
-;;; It tries to re-adjust the cache every time it makes a new fill.
-;;; The intuition here is that we want uniformity in the number of
-;;; probes needed to find an entry. Furthermore, adjusting has the
-;;; nice property of throwing out any entries that are invalid.
-(defvar *cache-expand-threshold* 1.25)
-
-(defun fill-cache (cache wrappers value)
-  ;; FILL-CACHE won't return if WRAPPERS is nil, might as well check..
-  (aver wrappers)
-  (or (fill-cache-p nil cache wrappers value)
-      (expand-cache cache wrappers value)))
-
-(defvar *check-cache-p* nil)
-
-(defmacro maybe-check-cache (cache)
-  `(progn
-     (when *check-cache-p*
-       (check-cache ,cache))
-     ,cache))
-
-(defun check-cache (cache)
-  (with-local-cache-functions (cache)
-    (let ((location (if (= (nkeys) 1) 0 1))
-          (limit (funcall (limit-fn) (nlines))))
-      (dotimes-fixnum (i (nlines) cache)
-        (when (and (not (location-reserved-p location))
-                   (line-full-p i))
-          (let* ((home-loc (compute-primary-cache-location-from-location
-                            cache location))
-                 (home (location-line (if (location-reserved-p home-loc)
-                                          (next-location home-loc)
-                                          home-loc)))
-                 (sep (when home (line-separation home i))))
-            (when (and sep (> sep limit))
-              (error "bad cache ~S ~@
-                      value at location ~W: ~W lines from its home. The limit is ~W."
-                     cache location sep limit))))
-        (setq location (next-location location))))))
-
-(defun probe-cache (cache wrappers &optional default limit-fn)
-  (aver wrappers)
-  (with-local-cache-functions (cache)
-    (let* ((location (compute-primary-cache-location (mask) wrappers))
-           (limit (funcall (or limit-fn (limit-fn)) (nlines))))
-      (declare (fixnum location limit))
-      (when (location-reserved-p location)
-        (setq location (next-location location)))
-      (dotimes-fixnum (i (1+ limit))
-        (when (location-matches-wrappers-p location wrappers)
-          (return-from probe-cache (or (not (valuep))
-                                       (location-value location))))
-        (setq location (next-location location)))
-      (dolist (entry (overflow))
-        (when (equal (car entry) wrappers)
-          (return-from probe-cache (or (not (valuep))
-                                       (cdr entry)))))
-      default)))
-
-(defun map-cache (function cache &optional set-p)
-  (with-local-cache-functions (cache)
-    (let ((set-p (and set-p (valuep))))
-      (dotimes-fixnum (i (nlines) cache)
-        (unless (or (line-reserved-p i) (not (line-valid-p i nil)))
-          (let ((value (funcall function (line-wrappers i) (line-value i))))
-            (when set-p
-              ;; FIXME: Cache modification: should we not be holding a lock?
-              (setf (cache-vector-ref (c-vector) (+ (line-location i) (nkeys)))
-                    value)))))
-      (dolist (entry (overflow))
-        (let ((value (funcall function (car entry) (cdr entry))))
-          (when set-p
-            (setf (cdr entry) value))))))
+;;; Returns two values: a boolean indicating a hit or a miss, and a secondary
+;;; value that is the value that was stored in the cache if any.
+(defun probe-cache (cache layouts)
+  (unless (consp layouts)
+    (setf layouts (list layouts)))
+  (let ((vector (cache-vector cache))
+        (key-count (cache-key-count cache))
+        (line-size (cache-line-size cache))
+        (mask (cache-mask cache)))
+    (flet ((probe-line (base)
+             (tagbody
+                (loop for offset from 0 below key-count
+                      for layout in layouts do
+                      (unless (eq layout (svref vector (+ base offset)))
+                        ;; missed
+                        (go :miss)))
+                ;; all layouts match!
+                (let ((value (when (cache-value cache)
+                               (non-empty-or (svref vector (+ base key-count))
+                                             (go :miss)))))
+                  (return-from probe-cache (values t value)))
+              :miss
+                (return-from probe-line (next-cache-index mask base line-size)))))
+      (let ((index (compute-cache-index cache layouts)))
+        (when index
+          (loop repeat (1+ (cache-depth cache)) do
+                (setf index (probe-line index)))))))
+  (values nil nil))
+
+;;; Tries to write LAYOUTS and VALUE at the cache line starting at
+;;; the index BASE. Returns true on success, and false on failure.
+(defun try-update-cache-line (cache base layouts value)
+  (declare (index base))
+  (let ((vector (cache-vector cache))
+        (new (pop layouts)))
+    ;; If we unwind from here, we will be left with an incomplete
+    ;; cache line, but that is OK: next write using the same layouts
+    ;; will fill it, and reads will treat an incomplete line as a
+    ;; miss -- causing it to be filled.
+    (loop for old = (compare-and-swap (svref vector base) '..empty.. new)  do
+          (when (and (cache-key-p old) (not (eq old new)))
+            ;; The place was already taken, and doesn't match our key.
+            (return-from try-update-cache-line nil))
+          (unless layouts
+            ;; All keys match or succesfully saved, save our value --
+            ;; just smash it in. Until the first time it is written
+            ;; there is ..EMPTY.. here, which probes look for, so we
+            ;; don't get bogus hits. This is necessary because we want
+            ;; to be able store arbitrary values here for use with
+            ;; constant-value dispatch functions.
+            (when (cache-value cache)
+              (setf (svref vector (1+ base)) value))
+            (return-from try-update-cache-line t))
+          (setf new (pop layouts))
+          (incf base))))
+
+;;; Tries to write LAYOUTS and VALUE somewhere in the cache. Returns
+;;; true on success and false on failure, meaning the cache is too
+;;; full.
+(defun try-update-cache (cache layouts value)
+  (let ((vector (cache-vector cache))
+        (index (or (compute-cache-index cache layouts)
+                   ;; At least one of the layouts was invalid: just
+                   ;; pretend we updated the cache, and let the next
+                   ;; read pick up the mess.
+                   (return-from try-update-cache t)))
+        (line-size (cache-line-size cache))
+        (mask (cache-mask cache)))
+    (declare (index index))
+    (loop for depth from 0 upto (cache-limit cache) do
+          (when (try-update-cache-line cache index layouts value)
+            (note-cache-depth cache depth)
+            (return-from try-update-cache t))
+          (setf index (next-cache-index mask index line-size)))))
+
+;;; Constructs a new cache.
+(defun make-cache (&key (key-count (missing-arg)) (value (missing-arg))
+                   (size 1))
+  (let* ((line-size (power-of-two-ceiling (+ key-count (if value 1 0))))
+         (adjusted-size (power-of-two-ceiling size))
+         (length (* adjusted-size line-size)))
+    (if (<= length +cache-vector-max-length+)
+        (%make-cache :key-count key-count
+                     :line-size line-size
+                     :vector (make-array length :initial-element '..empty..)
+                     :value value
+                     :mask (1- length)
+                     :limit (compute-limit adjusted-size))
+        ;; Make a smaller one, then
+        (make-cache :key-count key-count :value value :size (ceiling size 2)))))
+
+;;;; Copies and expands the cache, dropping any invalidated or
+;;;; incomplete lines.
+(defun copy-and-expand-cache (cache)
+  (let ((copy (%copy-cache cache))
+        (length (length (cache-vector cache))))
+    (when (< length +cache-vector-max-length+)
+      (setf length (* 2 length)))
+    (tagbody
+     :again
+       (setf (cache-vector copy) (make-array length :initial-element '..empty..)
+             (cache-depth copy) 0
+             (cache-mask copy) (1- length)
+             (cache-limit copy) (compute-limit (/ length (cache-line-size cache))))
+       (map-cache (lambda (layouts value)
+                    (unless (try-update-cache copy layouts value)
+                      ;; If the cache would grow too much we drop the
+                      ;; remaining the entries that don't fit. FIXME:
+                      ;; It would be better to drop random entries to
+                      ;; avoid getting into a rut here (best done by
+                      ;; making MAP-CACHE map in a random order?), and
+                      ;; possibly to downsize the cache more
+                      ;; aggressively (on the assumption that most
+                      ;; entries aren't getting used at the moment.)
+                      (when (< length +cache-vector-max-length+)
+                        (setf length (* 2 length))
+                        (go :again))))
+                  cache))
+    copy))
+
+(defun cache-has-invalid-entries-p (cache)
+  (and (find-if (lambda (elt)
+                  (and (typep elt 'layout)
+                       (zerop (layout-clos-hash elt))))
+                (cache-vector cache))
+       t))
+
+(defun hash-table-to-cache (table &key value key-count)
+  (let ((cache (make-cache :key-count key-count :value value
+                           :size (hash-table-count table))))
+    (maphash (lambda (class value)
+               (setq cache (fill-cache cache (class-wrapper class) value)))
+             table)
+    cache))
+
+;;; Inserts VALUE to CACHE keyd by LAYOUTS. Expands the cache if
+;;; necessary, and returns the new cache.
+(defun fill-cache (cache layouts value)
+  (labels
+      ((%fill-cache (cache layouts value)
+         (cond ((try-update-cache cache layouts value)
+                cache)
+               ((cache-has-invalid-entries-p cache)
+                ;; Don't expand yet: maybe there will be enough space if
+                ;; we just drop the invalid entries.
+                (%fill-cache (copy-cache cache) layouts value))
+               (t
+                (%fill-cache (copy-and-expand-cache cache) layouts value)))))
+    (if (listp layouts)
+        (%fill-cache cache layouts value)
+        (%fill-cache cache (list layouts) value))))
+
+;;; Calls FUNCTION with all layouts and values in cache.
+(defun map-cache (function cache)
+  (let* ((vector (cache-vector cache))
+         (key-count (cache-key-count cache))
+         (valuep (cache-value cache))
+         (line-size (cache-line-size cache))
+         (mask (cache-mask cache))
+         (fun (if (functionp function)
+                  function
+                  (fdefinition function)))
+         (index 0)
+         (key nil))
+    (tagbody
+     :map
+       (let ((layouts
+              (loop for offset from 0 below key-count
+                    collect (non-empty-or (svref vector (+ offset index))
+                                          (go :next)))))
+         (let ((value (when valuep
+                        (non-empty-or (svref vector (+ index key-count))
+                                      (go :next)))))
+           ;; Let the callee worry about invalid layouts
+           (funcall fun layouts value)))
+     :next
+       (setf index (next-cache-index mask index line-size))
+       (unless (zerop index)
+         (go :map))))
   cache)
 
-(defun cache-count (cache)
-  (with-local-cache-functions (cache)
-    (let ((count 0))
-      (declare (fixnum count))
-      (dotimes-fixnum (i (nlines) count)
-        (unless (line-reserved-p i)
-          (when (line-full-p i)
-            (incf count)))))))
-
-(defun entry-in-cache-p (cache wrappers value)
-  (declare (ignore value))
-  (with-local-cache-functions (cache)
-    (dotimes-fixnum (i (nlines))
-      (unless (line-reserved-p i)
-        (when (equal (line-wrappers i) wrappers)
-          (return t))))))
-
-;;; returns T or NIL
-;;;
-;;; FIXME: Deceptive name as this has side-effects.
-(defun fill-cache-p (forcep cache wrappers value)
-  (with-local-cache-functions (cache)
-    (let* ((location (compute-primary-cache-location (mask) wrappers))
-           (primary (location-line location)))
-      (declare (fixnum location primary))
-      ;; FIXME: I tried (aver (> location 0)) and (aver (not
-      ;; (location-reserved-p location))) here, on the basis that
-      ;; particularly passing a LOCATION of 0 for a cache with more
-      ;; than one key would cause PRIMARY to be -1.  However, the
-      ;; AVERs triggered during the bootstrap, and removing them
-      ;; didn't cause anything to break, so I've left them removed.
-      ;; I'm still confused as to what is right.  -- CSR, 2006-04-20
-      (multiple-value-bind (free emptyp)
-          (find-free-cache-line primary cache wrappers)
-        (when (or forcep emptyp)
-          (when (not emptyp)
-            (push (cons (line-wrappers free) (line-value free))
-                  (cache-overflow cache)))
-          ;; (fill-line free wrappers value)
-          (let ((line free))
-            (declare (fixnum line))
-            (when (line-reserved-p line)
-              (error "attempt to fill a reserved line"))
-            (let ((loc (line-location line))
-                  (cache-vector (c-vector)))
-              (declare (fixnum loc) (simple-vector cache-vector))
-              ;; FIXME: Cache modifications: should we not be holding
-              ;; a lock?
-              (cond ((= (nkeys) 1)
-                     (setf (cache-vector-ref cache-vector loc) wrappers)
-                     (when (valuep)
-                       (setf (cache-vector-ref cache-vector (1+ loc)) value)))
-                    (t
-                     (let ((i 0))
-                       (declare (fixnum i))
-                       (dolist (w wrappers)
-                         (setf (cache-vector-ref cache-vector (+ loc i)) w)
-                         (setq i (the fixnum (1+ i)))))
-                     (when (valuep)
-                       (setf (cache-vector-ref cache-vector (+ loc (nkeys)))
-                             value))))
-              (maybe-check-cache cache))))))))
-
-;;; FIXME: Deceptive name as this has side-effects
-(defun fill-cache-from-cache-p (forcep cache from-cache from-line)
-  (declare (fixnum from-line))
-  (with-local-cache-functions (cache)
-    (let ((primary (location-line
-                    (compute-primary-cache-location-from-location
-                     cache (line-location from-line) from-cache))))
-      (declare (fixnum primary))
-      (multiple-value-bind (free emptyp)
-          (find-free-cache-line primary cache)
-        (when (or forcep emptyp)
-          (when (not emptyp)
-            (push (cons (line-wrappers free) (line-value free))
-                  (cache-overflow cache)))
-          ;;(transfer-line from-cache-vector from-line cache-vector free)
-          (let ((from-cache-vector (cache-vector from-cache))
-                (to-cache-vector (c-vector))
-                (to-line free))
-            (declare (fixnum to-line))
-            (if (line-reserved-p to-line)
-                (error "transferring something into a reserved cache line")
-                (let ((from-loc (line-location from-line))
-                      (to-loc (line-location to-line)))
-                  (declare (fixnum from-loc to-loc))
-                  (modify-cache to-cache-vector
-                                (dotimes-fixnum (i (line-size))
-                                  (setf (cache-vector-ref to-cache-vector
-                                                          (+ to-loc i))
-                                        (cache-vector-ref from-cache-vector
-                                                          (+ from-loc i)))))))
-            (maybe-check-cache cache)))))))
-
-;;; returns: (values <cache>)
-(defun expand-cache (cache wrappers value)
-  ;;(declare (values cache))
-  (with-local-cache-functions (cache)
-    (let ((ncache (get-cache-from-cache cache (* (nlines) 2))))
-      (labels ((do-one-fill-from-line (line)
-                 (unless (fill-cache-from-cache-p nil ncache cache line)
-                   (do-one-fill (line-wrappers line) (line-value line))))
-               (do-one-fill (wrappers value)
-                 (setq ncache (fill-cache-p t ncache wrappers value)))
-               (try-one-fill (wrappers value)
-                 (fill-cache-p nil ncache wrappers value)))
-        (dotimes-fixnum (i (nlines))
-          (when (and (null (line-reserved-p i))
-                     (line-valid-p i wrappers))
-            (do-one-fill-from-line i)))
-        (dolist (wrappers+value (cache-overflow cache))
-          (unless (try-one-fill (car wrappers+value) (cdr wrappers+value))
-            (do-one-fill (car wrappers+value) (cdr wrappers+value))))
-        (unless (try-one-fill wrappers value)
-          (do-one-fill wrappers value))
-        (maybe-check-cache ncache)))))
-\f
-(defvar *pcl-misc-random-state* (make-random-state))
-
-;;; This is the heart of the cache filling mechanism. It implements
-;;; the decisions about where entries are placed.
-;;;
-;;; Find a line in the cache at which a new entry can be inserted.
-;;;
-;;;   <line>
-;;;   <empty?>     is <line> in fact empty?
-(defun find-free-cache-line (primary cache &optional wrappers)
-  ;;(declare (values line empty?))
-  (declare (fixnum primary))
-  (with-local-cache-functions (cache)
-    (when (line-reserved-p primary) (setq primary (next-line primary)))
-    (let ((limit (funcall (limit-fn) (nlines)))
-          (wrappedp nil)
-          (lines nil)
-          (p primary) (s primary))
-      (declare (fixnum p s limit))
-      (block find-free
-        (loop
-         ;; Try to find a free line starting at <s>. <p> is the
-         ;; primary line of the entry we are finding a free
-         ;; line for, it is used to compute the separations.
-         (do* ((line s (next-line line))
-               (nsep (line-separation p s) (1+ nsep)))
-              (())
-           (declare (fixnum line nsep))
-           (when (null (line-valid-p line wrappers)) ;If this line is empty or
-             (push line lines)          ;invalid, just use it.
-             (return-from find-free))
-           (when (and wrappedp (>= line primary))
-             ;; have gone all the way around the cache, time to quit
-             (return-from find-free-cache-line (values primary nil)))
-           (let ((osep (line-separation (line-primary line) line)))
-             (when (>= osep limit)
-               (return-from find-free-cache-line (values primary nil)))
-             (when (cond ((= nsep limit) t)
-                         ((= nsep osep)
-                          (zerop (random 2 *pcl-misc-random-state*)))
-                         ((> nsep osep) t)
-                         (t nil))
-               ;; See whether we can displace what is in this line so that we
-               ;; can use the line.
-               (when (= line (the fixnum (1- (nlines)))) (setq wrappedp t))
-               (setq p (line-primary line))
-               (setq s (next-line line))
-               (push line lines)
-               (return nil)))
-           (when (= line (the fixnum (1- (nlines)))) (setq wrappedp t)))))
-      ;; Do all the displacing.
-      (loop
-       (when (null (cdr lines)) (return nil))
-       (let ((dline (pop lines))
-             (line (car lines)))
-         (declare (fixnum dline line))
-         ;;Copy from line to dline (dline is known to be free).
-         (let ((from-loc (line-location line))
-               (to-loc (line-location dline))
-               (cache-vector (c-vector)))
-           (declare (fixnum from-loc to-loc) (simple-vector cache-vector))
-           (modify-cache cache-vector
-                         (dotimes-fixnum (i (line-size))
-                           (setf (cache-vector-ref cache-vector
-                                                   (+ to-loc i))
-                                 (cache-vector-ref cache-vector
-                                                   (+ from-loc i)))
-                           (setf (cache-vector-ref cache-vector
-                                                   (+ from-loc i))
-                                 nil))))))
-      (values (car lines) t))))
-
-(defun default-limit-fn (nlines)
-  (case nlines
-    ((1 2 4) 1)
-    ((8 16)  4)
-    (otherwise 6)))
+;;; Copying a cache without expanding it is very much like mapping it:
+;;; we need to be carefull because there may be updates while we are
+;;; copying it, and we don't want to copy incomplete entries or invalid
+;;; ones.
+(defun copy-cache (cache)
+  (let* ((vector (cache-vector cache))
+         (copy (make-array (length vector) :initial-element '..empty..))
+         (line-size (cache-line-size cache))
+         (key-count (cache-key-count cache))
+         (valuep (cache-value cache))
+         (size (/ (length vector) line-size))
+         (mask (cache-mask cache))
+         (index 0)
+         (elt nil)
+         (depth 0))
+    (tagbody
+     :copy
+       (let ((layouts (loop for offset from 0 below key-count
+                            collect (non-empty-or (svref vector (+ index offset))
+                                                  (go :next)))))
+         ;; Check validity & compute primary index.
+         (let ((primary (or (compute-cache-index cache layouts)
+                            (go :next))))
+           ;; Check & copy value.
+           (when valuep
+             (setf (svref copy (+ index key-count))
+                   (non-empty-or (svref vector (+ index key-count))
+                                 (go :next))))
+           ;; Copy layouts.
+           (loop for offset from 0 below key-count do
+                 (setf (svref copy (+ index offset)) (pop layouts)))
+           ;; Update probe depth.
+           (let ((distance (/ (- index primary) line-size)))
+             (setf depth (max depth (if (minusp distance)
+                                        ;; account for wrap-around
+                                        (+ distance size)
+                                        distance))))))
+     :next
+       (setf index (next-cache-index mask index line-size))
+       (unless (zerop index)
+         (go :copy)))
+    (%make-cache :vector copy
+                 :depth depth
+                 :key-count (cache-key-count cache)
+                 :line-size line-size
+                 :value valuep
+                 :mask (cache-mask cache)
+                 :limit (cache-limit cache))))