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深入多線程之:深入分析Interlocked

2020-01-24 03:19:36
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供稿:網(wǎng)友

在大多數(shù)計(jì)算機(jī)上,增加變量操作不是一個(gè)原子操作,需要執(zhí)行下列步驟:

       一:將實(shí)例變量中的值加載到寄存器中。

       二:增加或減少該值。

       三:在實(shí)例變量中存儲(chǔ)該值。

在多線程環(huán)境下,線程會(huì)在執(zhí)行完前兩個(gè)步驟后被搶先。然后由另一個(gè)線程執(zhí)行所有三個(gè)步驟,當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程重新開始執(zhí)行時(shí),它覆蓋實(shí)例變量中的值,造成第二個(gè)線程執(zhí)行增減操作的結(jié)果丟失。

Interlocked可以為多個(gè)線程共享的變量提供原子操作。

    Interlocked.Increment:以原子操作的形式遞增指定變量的值并存儲(chǔ)結(jié)果。
    Interlocked.Decrement以原子操作的形式遞減指定變量的值并存儲(chǔ)結(jié)果。
    Interlocked.Add以原子操作的形式,添加兩個(gè)整數(shù)并用兩者的和替換第一個(gè)整數(shù)

但是Interlocked并沒有為乘法,除法提供原子操作。那么如何實(shí)現(xiàn)乘法,除法,以及為其他的一些非原子操作提供原子操作的支持呢??


關(guān)鍵就在于Interlocked.CompareExchange 中,Jeffrey Richter把它叫做InterLocked Anything 模式。

下面我們使用Interlocked.CompareExchange 實(shí)現(xiàn)求最大值的原子操作。

復(fù)制代碼 代碼如下:

public static int Maximum(ref int target, int value)
        {
            int currentVal = target;   //將target的當(dāng)前值保存到currentVal中
            int startVal, desiredVal;  //聲明兩個(gè)變量來記錄操作開始前的值和期望的結(jié)果值。

            do
            {
                startVal = currentVal; //將currentVal中的值保存到startVal中,此時(shí)記錄的是target在操作開始前的最初值。
                desiredVal = Math.Max(startVal, value); //通過startVal進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算,返回一個(gè)期望的結(jié)果,在這里僅僅是返回兩者的最大值。

                //線程可能在這里被搶占,target的值可能被改變
                //如果target的值被改變了,那么target和startVal的值就不想等,所以就不應(yīng)該用desiredVal替換target.
                //如果target的值沒有被改變,那么target和startVal的值就像等,使用desiredVal替換target.
                //不管替換或者不替換,CompareExchange的返回值始終是target的值,所以currentVal的值現(xiàn)在是target的最新值。

                //CompareExchange:將target和startVal的值比較,相等則用desiredVal替換,否則不操作,
                //不管替換還是不替換返回的都是原來保存在target的值。
                currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
            } while (startVal != currentVal); //當(dāng)target的起始值和最新值不相等的時(shí)候,說明target被修改了,所以繼續(xù)下次判斷,否則退出循環(huán)。
            return desiredVal;
        }


這段代碼的核心就是:currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
// 將target的值和startVal的值比較,相等則用desiredVal替換target,否則不操作,
//不管替換還是不替換返回的都是原來保存在target的值。

在這里,計(jì)算可能會(huì)比較復(fù)雜,而不像上面的Math.Max一樣,所以可以使用委托調(diào)用的方式進(jìn)行封裝。

復(fù)制代碼 代碼如下:

delegate int Morpher<TResult, TArgument>(int startValue, TArgument argument,
            out TResult morphResult);

        static TResult Morph<TResult, TArgument>(ref int target, TArgument argument,
            Morpher<TResult, TArgument> morpher)
        {
            TResult morphResult;

            int currentVal = target, startVal, desiredVal;

            do
            {
                startVal = currentVal;
                desiredVal = morpher(startVal, argument, out morphResult);
                currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
            } while (startVal != currentVal);

            return morphResult;
        }


基本原理和上面的一致。

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