C#使用Interlocked进行原子操作

什么是原子操作?

原子(atom)本意是“不能被进一步分割的最小粒子”,而原子操作(atomic operation)意为”不可被中断的一个或一系列操作” 。在C#中有多个线程同时对某个变量进行操作的时候,我们应该使用原子操作,防止多线程取到的值不是最新的值。

例如:int result = 0;
多线程A正在执行 result(0)+1
多线程B同时执行 result(0)+1

那么最终result的结果是1还是2呢,这个就很难说了。如果在CPU中2个线程同时计算,那么得到的结果则是1,显然这个结果不是我们想要的。当然你可以使用lock锁来保障多线程执行的唯一性,但是它的性能远远不及原子操作的方式。

使用Interlocked进行原子操作:

使用.NET提供的Interlocked类可以对一些数据进行原子操作,看起来似乎跟lock锁一样,但它并不是lock锁,它的原子操作是基于CPU本身的,非阻塞的,所以要比lock的效率高。

下面使用C#代码进行演示了原子操作:

复制代码
 1 class Program
 2  {
 3      //全局变量
 4      private static int _result;
 5 
 6      //Main方法
 7      static void Main(string[] args)
 8      {
 9          //运行后按住Enter键数秒,对比使用Interlocked.Increment(ref _result);与 _result++;的不同
10         while (true)
11          {
12              Task[] _tasks = new Task[100];
13              int i = 0;
14 
15              for (i = 0; i < _tasks.Length; i++)
16              {
17                  _tasks[i] = Task.Factory.StartNew((num) =>
18                 {
19                     var taskid = (int)num;
20                     Work(taskid);
21                 }, i);
22              }
23 
24              Task.WaitAll(_tasks);
25              Console.WriteLine(_result);
26 
27              Console.ReadKey();
28          }
29      }
30 
31      //线程调用方法
32      private static void Work(int TaskID)
33      {
34          for (int i = 0; i < 10; i++)
35          {
36              //_result++;
37              Interlocked.Increment(ref _result);
38          }
39      }
40  }
复制代码

以上代码运行分别注释最后两行代码_result++;Interlocked.Increment(ref _result);的其中一行再运行,运行后按住Enter键不放运行数秒,即可看出区别两者的区别。

至此,就体现出了Interlocked的作用,本文示例源码下载:Interlocked_Sample.

关于原子操作的其他说明:在32位CPU执行赋值指令,数据传输最大宽度4个字节。所以只要在4个字节以下读写操作的,32位CPU都是原子操作。所以boolint这些类型的操作本身就是原子操作。而Interlocked提供的原子操作方法则是底层进行了功能性CPU指令封装来完成的。

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