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深入浅出多线程系列之九:Interlocked

2011-05-31

在大多数计算机上,增加变量操作不是一个原子操作,需要执行下列步骤: 1.       将实例变量中的值加载到寄存器中。 2.       增加或减少该值。 3.   &

在大多数计算机上,增加变量操作不是一个原子操作,需要执行下列步骤:

1. 将实例变量中的值加载到寄存器中。

2. 增加或减少该值。

3. 在实例变量中存储该值。

在多线程环境下,线程会在执行完前两个步骤后被抢先。然后由另一个线程执行所有三个步骤,当第一个线程重新开始执行时,它覆盖实例变量中的值,造成第二个线程执行增减操作的结果丢失。

Interlocked可以为多个线程共享的变量提供原子操作。


Interlocked.Increment:以原子操作的形式递增指定变量的值并存储结果。
Interlocked.Decrement以原子操作的形式递减指定变量的值并存储结果。
Interlocked.Add以原子操作的形式,添加两个整数并用两者的和替换第一个整数

但是Interlocked并没有为乘法,除法提供原子操作。那么如何实现乘法,除法,以及为其他的一些非原子操作提供原子操作的支持呢??

关键就在于Interlocked.CompareExchange 中,Jeffrey Richter把它叫做InterLocked Anything 模式。

下面我们使用Interlocked.CompareExchange 实现求最大值的原子操作。

public static int Maximum(ref int target, int value)
{
int currentVal = target; //将target的当前值保存到currentVal中
int startVal, desiredVal; //声明两个变量来记录操作开始前的值和期望的结果值。

do
{
startVal = currentVal; //将currentVal中的值保存到startVal中,此时记录的是target在操作开始前的最初值。
desiredVal = Math.Max(startVal, value); //通过startVal进行复杂的计算,返回一个期望的结果,在这里仅仅是返回两者的最大值。

//线程可能在这里被抢占,target的值可能被改变
//如果target的值被改变了,那么target和startVal的值就不想等,所以就不应该用desiredVal替换target.
//如果target的值没有被改变,那么target和startVal的值就像等,使用desiredVal替换target.
//不管替换或者不替换,CompareExchange的返回值始终是target的值,所以currentVal的值现在是target的最新值。

//CompareExchange:将target和startVal的值比较,相等则用desiredVal替换,否则不操作,
//不管替换还是不替换返回的都是原来保存在target的值。
currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
} while (startVal != currentVal); //当target的起始值和最新值不相等的时候,说明target被修改了,所以继续下次判断,否则退出循环。
return desiredVal;
}

这段代码的核心就是:currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
// 将target的值和startVal的值比较,相等则用desiredVal替换target,否则不操作,
//不管替换还是不替换返回的都是原来保存在target的值。


在这里,计算可能会比较复杂,而不像上面的Math.Max一样,所以可以使用委托调用的方式进行封装。

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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