.NET 同步与异步 之 原子操作和自旋锁(Interloc…
2018-06-23 23:49:20来源:未知 阅读 ()
本随笔续接:.NET 同步与异步之锁(ReaderWriterLockSlim)(八)
之前的随笔已经说过、加锁虽然能很好的解决竞争条件,但也带来了负面影响:性能方面的负面影响。那有没有更好的解决方案呢?有,原子操作、即 Interlocked 这个类。
一、让我们先看一个计数的原子操作Demo
/// <summary> /// 原子操作-计数 /// </summary> public void Demo1() { Task.Run(() => { long total = 0; long result = 0; PrintInfo("正在计数"); Parallel.For(0, 10, (i) => { for (int j = 0; j < 10000000; j++) { Interlocked.Increment(ref total); result++; } }); PrintInfo($"操作结果应该为\t\t: {10 * 10000000}"); PrintInfo($"原子操作结果\t\t: {total}"); PrintInfo($"i++操作结果\t\t: {result}"); }); }
由上述Demo可知、Interlocked 可以很好的保证 64位整型值的计数操作 能否符合预期,而普通的i++操作却出现了竞争条件。
Interlocked 对于整形操作提供的方法还是很多的,这里不多介绍了。
二、不一样的单例模式
Interlocked 中提供了 Interlocked.CompareExchange<T> 方法的泛型版本,让我们来看一下,这个泛型版本的一种巧妙的用法。
/// <summary> /// 原子操作-单例模式 /// </summary> public void Demo2() { ConcurrentQueue<InterlockedSingleClass> queue = new ConcurrentQueue<Demo.InterlockedSpinLockClass.InterlockedSingleClass>(); // 虽然这个测试不严谨、但也或多或少的说明了一些问题 for (int i = 0; i < 10; i++) // 同时分配的线程数过多、调度器反而调度不过来 { Task.Run(() => { var result = InterlockedSingleClass.SingleInstance; queue.Enqueue(result); }); } // 1秒钟后显示结果 Task.Delay(1000).ContinueWith((t) => { PrintInfo($"利用原子操作-单例模式、生成的对象总数:{queue.Count}"); InterlockedSingleClass firstItem = null; queue.TryDequeue(out firstItem); for (int i = 0; i < queue.Count;) { InterlockedSingleClass temp = null; queue.TryDequeue(out temp); if (temp == null || firstItem == null || !object.ReferenceEquals(temp, firstItem)) { PrintInfo("单例模式失效"); } } PrintInfo("原子操作-单例模式-运行完毕"); }); } public class InterlockedSingleClass { private static InterlockedSingleClass single = null; public static InterlockedSingleClass SingleInstance { get { // if (single == null) // 为了测试效果,该行代码注释掉 { Interlocked.CompareExchange<InterlockedSingleClass>(ref single, new InterlockedSingleClass(), null); } return single; } } }
针对Interlocked.CompareExchange<T>方法、我介绍两句:
1、第一个参数为 ref 参数,如果第一个参数 和 第三个参数的引用相等,则用第二个参数替换第一个参数的值,并将第一个参数的原始值返回。
2、该泛型方法 只接受类类型的参数。
三、自旋锁
自旋锁:提供一个相互排斥锁基元,在该基元中,尝试获取锁的线程将在重复检查的循环中等待,直至该锁变为可用为止。
/// <summary> /// 自旋锁Demo,来源MSDN /// </summary> public void Demo3() { SpinLock sl = new SpinLock(); StringBuilder sb = new StringBuilder(); // Action taken by each parallel job. // Append to the StringBuilder 10000 times, protecting // access to sb with a SpinLock. Action action = () => { bool gotLock = false; for (int i = 0; i < 10000; i++) { gotLock = false; try { sl.Enter(ref gotLock); sb.Append((i % 10).ToString()); } finally { // Only give up the lock if you actually acquired it if (gotLock) sl.Exit(); } } }; // Invoke 3 concurrent instances of the action above Parallel.Invoke(action, action, action); // Check/Show the results PrintInfo($"sb.Length = {sb.Length} (should be 30000)"); PrintInfo($"number of occurrences of '5' in sb: {sb.ToString().Where(c => (c == '5')).Count()} (should be 3000)"); }
看完了Demo,让我们再来深入了解一下自旋锁:
1、自旋锁本身是一个结构、而不是类,这样使用过多的锁时不会造成GC压力。
2、自旋锁是以一种循环等待的方式去尝试获取锁,也就是说、在等待期间 会一直占用CPU、如果等待时间过长会造成CPU浪费,而 Monitor会休眠(Sleep)。
3、自旋锁的使用准则:让临界区尽可能短(时间短)、非阻塞的方式。(因为等待时间过长会造成CPU浪费)
4、由于自旋锁是循环等待的方式、在执行方式上和Monitor的休眠不一样,自旋锁的执行速度会更快。而Monitor的休眠方式会造成额外的系统开销,执行速度反而会降低。
随笔暂告一段落、下一篇随笔按之前的目录顺序应该是介绍WaitHandler家族的, 笔者临时想变更下顺序、下一遍随笔:并发中的闭包。
附,Demo : http://files.cnblogs.com/files/08shiyan/ParallelDemo.zip
参见更多:随笔导读:同步与异步
(未完待续...)
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