C# 浅析并行任务同步机制——Interlocked

一、定义：为多个线程共享的变量提供原子操作。

                  i++和i-- 这种原子操作，都不是线程安全的，它的操作包括从内存中读取一个值，给值递增或递减，然后再将它存储回内存。这些操作都有可能会被线程调度器打断。

                  以线程安全的方式递增、递减、交换和读取值的方法。

二、优缺点：

                   优点：与其他技术相比，较快。

                   缺点：只能用于简单的同步问题。

三、例子

public int State
{
   get
   {
      lock(this)
      {
         return ++_state;
      }
   }
}

//使用Interlocked

public int State
{
   get => Interlocked.Increment(ref _state);
}

 四、下面使用一个综合应用例子，用来说明原子操作的线程安全性

         Parallel：用来实现并行任务

        Thread：用来创建多线程

        ConcurrentDictionary：线程安全字典，用来存放访问次数的存放。

        Interlocked：用来实现原子操作

        场景：实现一个人数访问的次数，每一个线程代表一次访问，线程安全的操作，应该是最后的访问人数和总数相等，不安全的操作，访问的次数有重复。

        访问人数实体，声明了一个线程安全的递增操作，一个线程不安全的递增操作。

public class VisitNum
{
    private int _stateNotSafe;
    private int _stateSafe;
    /// 

    /// 线程不安全的递增操作
    /// 
    public int StateNotSafe
    {
        get { return ++_stateNotSafe; }
    }
    /// 

    /// 线程安全的递增操作
    /// 
    public int StateSafe
    {
        get { return Interlocked.Increment(ref _stateSafe); }
    }
}

     实现并行多线程请求，实现访问人数的递增

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        VisitNum vi = new VisitNum();
        ConcurrentDictionary conNotSafe = new ConcurrentDictionary();
        ConcurrentDictionary conSafe = new ConcurrentDictionary();
        ParallelLoopResult result = Parallel.For(1, 300, (i) =>
        {
            Thread thread = new Thread(new ThreadStart(() =>
            {
                int sleep = 8 * 1000;
                Thread.Sleep(sleep);
                int nSafe = vi.StateNotSafe;
                conNotSafe.AddOrUpdate(nSafe, 1, (k, v) => {
                    v = v +1;
                    return v;
                });

                int Safe = vi.StateSafe;
                conSafe.AddOrUpdate(Safe, 1, (k, v) => {
                    v = v + 1;
                    return v;
                });
                Console.WriteLine($"线程ID: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 访问人数：{nSafe} 安全访问人数：{Safe}");
            }));
            thread.Start();
       });
       Console.ReadLine();
       Console.WriteLine("不安全线程 begin");
       foreach(var item in conNotSafe)
       {
           if (item.Value > 1)
           {
              Console.WriteLine($"key:{item.Key} ; value:{item.Value}");
           }

       }
       Console.WriteLine("不安全线程 end");
       Console.WriteLine("安全线程 begin");
       foreach (var item in conSafe)
       {
           if (item.Value > 1)
           {
               Console.WriteLine($"key:{item.Key} ; value:{item.Value}");
           }

        }
            Console.WriteLine("安全线程 end");
            Console.ReadLine();
   }
}

运行结果，

线程ID: 14 访问人数：1 安全访问人数：1
线程ID: 20 访问人数：2 安全访问人数：2
线程ID: 11 访问人数：3 安全访问人数：3
线程ID: 25 访问人数：4 安全访问人数：4
线程ID: 27 访问人数：5 安全访问人数：5
线程ID: 17 访问人数：6 安全访问人数：6
线程ID: 30 访问人数：7 安全访问人数：7
线程ID: 21 访问人数：8 安全访问人数：8
线程ID: 31 访问人数：10 安全访问人数：10
线程ID: 24 访问人数：9 安全访问人数：9
线程ID: 29 访问人数：11 安全访问人数：11
线程ID: 32 访问人数：12 安全访问人数：12
线程ID: 23 访问人数：13 安全访问人数：13
线程ID: 28 访问人数：14 安全访问人数：14
线程ID: 36 访问人数：15 安全访问人数：15
线程ID: 39 访问人数：17 安全访问人数：16
线程ID: 33 访问人数：16 安全访问人数：17
线程ID: 34 访问人数：18 安全访问人数：18
线程ID: 37 访问人数：19 安全访问人数：19
线程ID: 35 访问人数：20 安全访问人数：20
线程ID: 41 访问人数：21 安全访问人数：21
线程ID: 40 访问人数：22 安全访问人数：22
线程ID: 38 访问人数：23 安全访问人数：23
线程ID: 43 访问人数：24 安全访问人数：24
线程ID: 47 访问人数：25 安全访问人数：25
线程ID: 44 访问人数：26 安全访问人数：26
线程ID: 64 访问人数：27 安全访问人数：27
线程ID: 60 访问人数：29 安全访问人数：28
线程ID: 42 访问人数：28 安全访问人数：29
线程ID: 58 访问人数：30 安全访问人数：30
线程ID: 45 访问人数：32 安全访问人数：32
线程ID: 52 访问人数：31 安全访问人数：31
线程ID: 57 访问人数：33 安全访问人数：33
线程ID: 51 访问人数：34 安全访问人数：34
线程ID: 46 访问人数：38 安全访问人数：38
线程ID: 54 访问人数：35 安全访问人数：35
线程ID: 53 访问人数：37 安全访问人数：37
线程ID: 59 访问人数：36 安全访问人数：36
线程ID: 56 访问人数：40 安全访问人数：40
线程ID: 67 访问人数：39 安全访问人数：39
线程ID: 65 访问人数：41 安全访问人数：41
线程ID: 66 访问人数：43 安全访问人数：43
线程ID: 55 访问人数：42 安全访问人数：42
线程ID: 63 访问人数：45 安全访问人数：45
线程ID: 61 访问人数：44 安全访问人数：44
线程ID: 68 访问人数：46 安全访问人数：46
线程ID: 69 访问人数：48 安全访问人数：48
线程ID: 71 访问人数：47 安全访问人数：47
线程ID: 73 访问人数：48 安全访问人数：49
线程ID: 62 访问人数：48 安全访问人数：50
线程ID: 77 访问人数：49 安全访问人数：51
线程ID: 76 访问人数：50 安全访问人数：52
线程ID: 74 访问人数：51 安全访问人数：53
线程ID: 70 访问人数：52 安全访问人数：54
线程ID: 75 访问人数：53 安全访问人数：55
线程ID: 79 访问人数：54 安全访问人数：56
线程ID: 72 访问人数：56 安全访问人数：58
线程ID: 78 访问人数：55 安全访问人数：57
线程ID: 82 访问人数：58 安全访问人数：60
线程ID: 86 访问人数：58 安全访问人数：61
线程ID: 80 访问人数：58 安全访问人数：62
线程ID: 81 访问人数：57 安全访问人数：59
线程ID: 85 访问人数：60 安全访问人数：63
线程ID: 84 访问人数：60 安全访问人数：65
线程ID: 83 访问人数：59 安全访问人数：64
线程ID: 88 访问人数：61 安全访问人数：66
线程ID: 87 访问人数：63 安全访问人数：68
线程ID: 95 访问人数：62 安全访问人数：67
线程ID: 99 访问人数：64 安全访问人数：69
线程ID: 92 访问人数：68 安全访问人数：73
线程ID: 93 访问人数：65 安全访问人数：70
线程ID: 91 访问人数：67 安全访问人数：72
线程ID: 96 访问人数：66 安全访问人数：71
线程ID: 90 访问人数：69 安全访问人数：74
线程ID: 94 访问人数：73 安全访问人数：78
线程ID: 97 访问人数：71 安全访问人数：77
线程ID: 89 访问人数：72 安全访问人数：79
线程ID: 98 访问人数：70 安全访问人数：76
线程ID: 106 访问人数：70 安全访问人数：75
线程ID: 104 访问人数：74 安全访问人数：80
线程ID: 105 访问人数：75 安全访问人数：81
线程ID: 110 访问人数：76 安全访问人数：83
线程ID: 103 访问人数：77 安全访问人数：84
线程ID: 102 访问人数：77 安全访问人数：82
线程ID: 108 访问人数：78 安全访问人数：85
线程ID: 109 访问人数：80 安全访问人数：87
线程ID: 100 访问人数：79 安全访问人数：86
线程ID: 117 访问人数：81 安全访问人数：88
线程ID: 113 访问人数：82 安全访问人数：89
线程ID: 111 访问人数：83 安全访问人数：90
线程ID: 107 访问人数：84 安全访问人数：91
线程ID: 101 访问人数：85 安全访问人数：92
线程ID: 112 访问人数：86 安全访问人数：93
线程ID: 116 访问人数：87 安全访问人数：97
线程ID: 126 访问人数：87 安全访问人数：99
线程ID: 115 访问人数：87 安全访问人数：98
线程ID: 114 访问人数：87 安全访问人数：94
线程ID: 119 访问人数：87 安全访问人数：96
线程ID: 120 访问人数：88 安全访问人数：100
线程ID: 125 访问人数：87 安全访问人数：95
线程ID: 135 访问人数：89 安全访问人数：101
线程ID: 133 访问人数：90 安全访问人数：102
线程ID: 132 访问人数：91 安全访问人数：103
线程ID: 122 访问人数：92 安全访问人数：104
线程ID: 118 访问人数：93 安全访问人数：105
线程ID: 134 访问人数：95 安全访问人数：106
线程ID: 128 访问人数：95 安全访问人数：109
线程ID: 129 访问人数：94 安全访问人数：107
线程ID: 131 访问人数：95 安全访问人数：108
线程ID: 142 访问人数：96 安全访问人数：110
线程ID: 127 访问人数：103 安全访问人数：116
线程ID: 136 访问人数：100 安全访问人数：114
线程ID: 139 访问人数：102 安全访问人数：113
线程ID: 124 访问人数：97 安全访问人数：111
线程ID: 121 访问人数：98 安全访问人数：112
线程ID: 137 访问人数：101 安全访问人数：115
线程ID: 123 访问人数：99 安全访问人数：117
线程ID: 148 访问人数：104 安全访问人数：118
线程ID: 141 访问人数：105 安全访问人数：119
线程ID: 138 访问人数：106 安全访问人数：121
线程ID: 150 访问人数：108 安全访问人数：122
线程ID: 154 访问人数：107 安全访问人数：120
线程ID: 130 访问人数：110 安全访问人数：124
线程ID: 145 访问人数：109 安全访问人数：123
线程ID: 140 访问人数：112 安全访问人数：126
线程ID: 147 访问人数：111 安全访问人数：125
线程ID: 143 访问人数：113 安全访问人数：127
线程ID: 144 访问人数：114 安全访问人数：128
线程ID: 146 访问人数：115 安全访问人数：129
线程ID: 151 访问人数：116 安全访问人数：131
线程ID: 159 访问人数：119 安全访问人数：134
线程ID: 152 访问人数：116 安全访问人数：130
线程ID: 153 访问人数：118 安全访问人数：133
线程ID: 157 访问人数：117 安全访问人数：132
线程ID: 158 访问人数：120 安全访问人数：136
线程ID: 155 访问人数：120 安全访问人数：135
线程ID: 161 访问人数：121 安全访问人数：137
线程ID: 149 访问人数：122 安全访问人数：138
线程ID: 156 访问人数：124 安全访问人数：139
线程ID: 162 访问人数：123 安全访问人数：140
线程ID: 165 访问人数：125 安全访问人数：141
线程ID: 168 访问人数：126 安全访问人数：142
线程ID: 160 访问人数：127 安全访问人数：144
线程ID: 166 访问人数：128 安全访问人数：146
线程ID: 170 访问人数：128 安全访问人数：143
线程ID: 163 访问人数：128 安全访问人数：145
线程ID: 171 访问人数：128 安全访问人数：147
线程ID: 172 访问人数：129 安全访问人数：148
线程ID: 167 访问人数：130 安全访问人数：149
线程ID: 173 访问人数：133 安全访问人数：150
线程ID: 181 访问人数：131 安全访问人数：152
线程ID: 180 访问人数：139 安全访问人数：159
线程ID: 177 访问人数：134 安全访问人数：153
线程ID: 164 访问人数：136 安全访问人数：156
线程ID: 169 访问人数：132 安全访问人数：154
线程ID: 182 访问人数：138 安全访问人数：158
线程ID: 176 访问人数：140 安全访问人数：160
线程ID: 174 访问人数：141 安全访问人数：161
线程ID: 183 访问人数：135 安全访问人数：155
线程ID: 179 访问人数：132 安全访问人数：151
线程ID: 175 访问人数：137 安全访问人数：157
线程ID: 186 访问人数：142 安全访问人数：162
线程ID: 193 访问人数：143 安全访问人数：163
线程ID: 190 访问人数：144 安全访问人数：164
线程ID: 185 访问人数：145 安全访问人数：165
线程ID: 194 访问人数：147 安全访问人数：166
线程ID: 196 访问人数：147 安全访问人数：168
线程ID: 184 访问人数：148 安全访问人数：169
线程ID: 178 访问人数：146 安全访问人数：167
线程ID: 200 访问人数：151 安全访问人数：174
线程ID: 205 访问人数：149 安全访问人数：173
线程ID: 213 访问人数：159 安全访问人数：183
线程ID: 202 访问人数：158 安全访问人数：182
线程ID: 208 访问人数：154 安全访问人数：178
线程ID: 201 访问人数：157 安全访问人数：181
线程ID: 187 访问人数：153 安全访问人数：177
线程ID: 197 访问人数：152 安全访问人数：176
线程ID: 188 访问人数：150 安全访问人数：175
线程ID: 199 访问人数：156 安全访问人数：180
线程ID: 191 访问人数：160 安全访问人数：184
线程ID: 192 访问人数：149 安全访问人数：171
线程ID: 195 访问人数：150 安全访问人数：170
线程ID: 189 访问人数：150 安全访问人数：172
线程ID: 198 访问人数：155 安全访问人数：179
线程ID: 203 访问人数：161 安全访问人数：185
线程ID: 215 访问人数：162 安全访问人数：186
线程ID: 217 访问人数：163 安全访问人数：187
线程ID: 214 访问人数：164 安全访问人数：189
线程ID: 207 访问人数：168 安全访问人数：192
线程ID: 212 访问人数：169 安全访问人数：193
线程ID: 209 访问人数：166 安全访问人数：190
线程ID: 218 访问人数：167 安全访问人数：191
线程ID: 223 访问人数：165 安全访问人数：188
线程ID: 216 访问人数：170 安全访问人数：194
线程ID: 211 访问人数：171 安全访问人数：195
线程ID: 204 访问人数：172 安全访问人数：196
线程ID: 220 访问人数：173 安全访问人数：197
线程ID: 206 访问人数：174 安全访问人数：200
线程ID: 221 访问人数：175 安全访问人数：198
线程ID: 219 访问人数：174 安全访问人数：199
线程ID: 225 访问人数：176 安全访问人数：201
线程ID: 222 访问人数：177 安全访问人数：202
线程ID: 210 访问人数：178 安全访问人数：203
线程ID: 235 访问人数：179 安全访问人数：204
线程ID: 228 访问人数：182 安全访问人数：206
线程ID: 224 访问人数：180 安全访问人数：205
线程ID: 230 访问人数：184 安全访问人数：209
线程ID: 227 访问人数：181 安全访问人数：207
线程ID: 226 访问人数：183 安全访问人数：208
线程ID: 231 访问人数：187 安全访问人数：213
线程ID: 238 访问人数：186 安全访问人数：211
线程ID: 232 访问人数：188 安全访问人数：215
线程ID: 229 访问人数：186 安全访问人数：212
线程ID: 234 访问人数：189 安全访问人数：216
线程ID: 239 访问人数：186 安全访问人数：210
线程ID: 242 访问人数：185 安全访问人数：214
线程ID: 241 访问人数：190 安全访问人数：217
线程ID: 236 访问人数：191 安全访问人数：218
线程ID: 237 访问人数：192 安全访问人数：219
线程ID: 233 访问人数：193 安全访问人数：220
线程ID: 244 访问人数：194 安全访问人数：221
线程ID: 245 访问人数：195 安全访问人数：224
线程ID: 249 访问人数：196 安全访问人数：225
线程ID: 240 访问人数：197 安全访问人数：226
线程ID: 243 访问人数：195 安全访问人数：223
线程ID: 253 访问人数：200 安全访问人数：230
线程ID: 247 访问人数：198 安全访问人数：227
线程ID: 256 访问人数：198 安全访问人数：229
线程ID: 248 访问人数：196 安全访问人数：222
线程ID: 258 访问人数：199 安全访问人数：228
线程ID: 251 访问人数：201 安全访问人数：231
线程ID: 250 访问人数：202 安全访问人数：232
线程ID: 246 访问人数：205 安全访问人数：235
线程ID: 255 访问人数：203 安全访问人数：234
线程ID: 252 访问人数：206 安全访问人数：236
线程ID: 254 访问人数：204 安全访问人数：233
线程ID: 261 访问人数：207 安全访问人数：237
线程ID: 262 访问人数：208 安全访问人数：238
线程ID: 259 访问人数：209 安全访问人数：239
线程ID: 257 访问人数：210 安全访问人数：240
线程ID: 269 访问人数：212 安全访问人数：242
线程ID: 260 访问人数：211 安全访问人数：241
线程ID: 263 访问人数：213 安全访问人数：243
线程ID: 268 访问人数：214 安全访问人数：244
线程ID: 264 访问人数：215 安全访问人数：245
线程ID: 266 访问人数：216 安全访问人数：246
线程ID: 271 访问人数：217 安全访问人数：247
线程ID: 272 访问人数：218 安全访问人数：248
线程ID: 265 访问人数：219 安全访问人数：249
线程ID: 277 访问人数：223 安全访问人数：254
线程ID: 273 访问人数：221 安全访问人数：250
线程ID: 278 访问人数：222 安全访问人数：252
线程ID: 267 访问人数：220 安全访问人数：251
线程ID: 270 访问人数：225 安全访问人数：255
线程ID: 274 访问人数：224 安全访问人数：253
线程ID: 279 访问人数：226 安全访问人数：257
线程ID: 276 访问人数：227 安全访问人数：256
线程ID: 286 访问人数：228 安全访问人数：258
线程ID: 280 访问人数：230 安全访问人数：260
线程ID: 281 访问人数：229 安全访问人数：259
线程ID: 275 访问人数：231 安全访问人数：261
线程ID: 282 访问人数：233 安全访问人数：263
线程ID: 289 访问人数：232 安全访问人数：262
线程ID: 287 访问人数：234 安全访问人数：264
线程ID: 284 访问人数：235 安全访问人数：265
线程ID: 285 访问人数：236 安全访问人数：266
线程ID: 283 访问人数：237 安全访问人数：267
线程ID: 297 访问人数：238 安全访问人数：268
线程ID: 288 访问人数：240 安全访问人数：270
线程ID: 295 访问人数：239 安全访问人数：269
线程ID: 291 访问人数：241 安全访问人数：271
线程ID: 300 访问人数：243 安全访问人数：273
线程ID: 293 访问人数：242 安全访问人数：272
线程ID: 290 访问人数：244 安全访问人数：274
线程ID: 294 访问人数：245 安全访问人数：275
线程ID: 292 访问人数：246 安全访问人数：276
线程ID: 296 访问人数：247 安全访问人数：277
线程ID: 299 访问人数：248 安全访问人数：278
线程ID: 301 访问人数：250 安全访问人数：280
线程ID: 302 访问人数：249 安全访问人数：279
线程ID: 303 访问人数：251 安全访问人数：281
线程ID: 298 访问人数：252 安全访问人数：282
线程ID: 305 访问人数：253 安全访问人数：284
线程ID: 306 访问人数：253 安全访问人数：283
线程ID: 304 访问人数：254 安全访问人数：285
线程ID: 309 访问人数：255 安全访问人数：286
线程ID: 314 访问人数：256 安全访问人数：287
线程ID: 310 访问人数：257 安全访问人数：288
线程ID: 307 访问人数：258 安全访问人数：289
线程ID: 320 访问人数：259 安全访问人数：290
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不安全线程 begin
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不安全线程 end
安全线程 begin
安全线程 end

运行的结果，每次不一定相同。当运行结果中，不安全线程，中存在数据，而安全线程中，不存在重复的数据。