深入浅出多线程系列之九:Interlocked

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。

 

 

参考资料:

http://www.albahari.com/threading/

CLR Via C# 3.0

 

 

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