詳解c# SpinWait
SpinWait封裝常見旋轉(zhuǎn)邏輯。在單處理器計(jì)算機(jī)上,始終使用 "生成" 而不是 "繁忙等待",在裝有超線程技術(shù)的 Intel 處理器的計(jì)算機(jī)上,這有助于防止硬件線程不足。SpinWait 封裝了一種很好的旋轉(zhuǎn)和真正的生成。
SpinWait是一個(gè)值類型,這意味著低級(jí)別代碼可以使用 SpinWait,而不必?fù)?dān)心不必要的分配開銷。SpinWait 對(duì)于普通應(yīng)用程序通常不起作用。在大多數(shù)情況下,應(yīng)使用由 .NET Framework 提供的同步類,如 Monitor 。但在需要自旋等待的大多數(shù)情況下, SpinWait 類型應(yīng)優(yōu)先于 Thread.SpinWait 方法。
System.Threading.SpinWait 是一種輕型同步類型,可用于低級(jí)方案,以避免執(zhí)行內(nèi)核事件所需的高成本上下文切換和內(nèi)核轉(zhuǎn)換。在多核計(jì)算機(jī)上,如果不得長(zhǎng)時(shí)間保留資源,更高效的做法是,先讓等待線程在用戶模式下旋轉(zhuǎn)幾十或幾百個(gè)周期,再重試獲取資源。如果資源在旋轉(zhuǎn)后可用,便節(jié)省了幾千個(gè)周期。如果資源仍不可用,那么也只花了幾個(gè)周期,仍可以進(jìn)入基于內(nèi)核的等待。這種“旋轉(zhuǎn)后等待”的組合有時(shí)稱為“兩階段等待操作” 。
SpinWait 旨在與包裝內(nèi)核事件(如 ManualResetEvent)的 .NET Framework 類型結(jié)合使用。SpinWait 本身也可以僅在一個(gè)程序中用于提供基本的旋轉(zhuǎn)功能。
SpinWait 不僅僅只是空循環(huán)。謹(jǐn)慎實(shí)現(xiàn)后,它可以提供適用于一般情況的正確旋轉(zhuǎn)行為,并且本身能夠在旋轉(zhuǎn)時(shí)間夠長(zhǎng)(大致是內(nèi)核轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間長(zhǎng)度)時(shí)自行啟動(dòng)上下文切換。例如,在單核計(jì)算機(jī)上,SpinWait 會(huì)立即生成線程的時(shí)間片,因?yàn)樾D(zhuǎn)會(huì)阻止所有線程取得進(jìn)展。即使在多核計(jì)算機(jī)上,SpinWait 也會(huì)生成時(shí)間片,以防等待線程阻止優(yōu)先級(jí)較高的線程或垃圾回收器。因此,若要在兩階段等待操作中使用 SpinWait,建議在 SpinWait 本身啟動(dòng)上下文切換前,先調(diào)用內(nèi)核等待。SpinWait 提供每次調(diào)用 SpinOnce 前都可以檢查的 NextSpinWillYield 屬性。如果此屬性返回 true,啟動(dòng)自己的等待操作。
看完官方說明一臉懵逼,將上面的語言用通俗的話來說,Thread.Sleep方法在執(zhí)行時(shí),會(huì)將阻止的時(shí)間的CPU切換至其他等待的進(jìn)程,等到Thread.Sleep等待時(shí)間到后,再獲取CPU的控制權(quán)繼續(xù)執(zhí)行下一步操作;SpinWait提供了While循環(huán)方法,在等待通過循環(huán)來阻止當(dāng)前CPU的釋放,一直等待當(dāng)前方法執(zhí)行完成然后釋放。我們都知道進(jìn)程在切換的時(shí)候會(huì)有時(shí)間與內(nèi)存的消耗,所以盡可能使用SpinWait替代Thread.Sleep。
現(xiàn)在我們看下SpinWait結(jié)構(gòu)中的代碼:
/// <summary> /// 循環(huán)一次 /// </summary> /// <remarks> /// This is typically called in a loop, and may change in behavior based on the number of times a /// <see cref="SpinOnce"/> has been called thus far on this instance. /// </remarks> public void SpinOnce() { if (NextSpinWillYield) { int yieldsSoFar = (m_count >= YIELD_THRESHOLD ? m_count - YIELD_THRESHOLD : m_count); //③循環(huán)到20次時(shí),執(zhí)行Thread.Sleep(01) if ((yieldsSoFar % SLEEP_1_EVERY_HOW_MANY_TIMES) == (SLEEP_1_EVERY_HOW_MANY_TIMES - 1)) { //當(dāng)前線程掛起,讓出cpu //所有掛起的線程都有機(jī)會(huì)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)前時(shí)間片段,不限制線程優(yōu)先級(jí) Thread.Sleep(1); } //②執(zhí)行Thread.Yield()5次后,執(zhí)行Thread.Sleep(0) else if ((yieldsSoFar % SLEEP_0_EVERY_HOW_MANY_TIMES) == (SLEEP_0_EVERY_HOW_MANY_TIMES - 1)) { //當(dāng)前線程掛起,讓出cpu //(只允許那些優(yōu)先級(jí)相等或更高的線程使用當(dāng)前的CPU。 //如果沒有,那當(dāng)前線程會(huì)重新使用CPU時(shí)間片) //(上面已說明,后續(xù)補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)) Thread.Sleep(0); } else { //當(dāng)前線程掛起(執(zhí)行狀態(tài)->就緒狀態(tài)), 讓出cpu, //(后續(xù)補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)邏輯) Thread.Yield(); } } else { //線程等待 //4,8,16,32,64...位運(yùn)算,2的n次方 //①循環(huán)10次 Thread.SpinWait(4 << m_count); } // m_count 遞增; m_count 達(dá)到最大值后回滾Count =10 m_count = (m_count == int.MaxValue ? YIELD_THRESHOLD : m_count + 1); }
/// <summary> /// 重置循環(huán)計(jì)數(shù)器 /// </summary> public void Reset() { m_count = 0; } #region Static Methods /// <summary> /// 循環(huán).直到condition返回True /// </summary> public static void SpinUntil(Func<bool> condition) { SpinUntil(condition, Timeout.Infinite); } /// <summary> /// 循環(huán),直到condition返回True或者時(shí)間達(dá)到timeout /// </summary> public static bool SpinUntil(Func<bool> condition, TimeSpan timeout) { //校驗(yàn)時(shí)間格式是否正確 Int64 totalMilliseconds = (Int64)timeout.TotalMilliseconds; if (totalMilliseconds < -1 || totalMilliseconds > Int32.MaxValue) { throw new System.ArgumentOutOfRangeException( "timeout", timeout, "SpinWait_SpinUntil_TimeoutWrong"); } return SpinUntil(condition, (int)timeout.TotalMilliseconds); } /// <summary> /// 直到condition返回True或者時(shí)間達(dá)到timeout. /// </summary> public static bool SpinUntil(Func<bool> condition, int millisecondsTimeout) { //校驗(yàn)時(shí)間格式 if (millisecondsTimeout < Timeout.Infinite) { throw new ArgumentOutOfRangeException( "millisecondsTimeout", millisecondsTimeout, "SpinWait_SpinUntil_TimeoutWrong"); } //空值校驗(yàn) if (condition == null) { throw new ArgumentNullException("condition", "SpinWait_SpinUntil_ArgumentNull"); } uint startTime = 0; if (millisecondsTimeout != 0 && millisecondsTimeout != Timeout.Infinite) { //自上次啟動(dòng)計(jì)算機(jī)以來所經(jīng)過的時(shí)間(以毫秒為單位)。 startTime = TimeoutHelper.GetTime(); } SpinWait spinner = new SpinWait(); while (!condition()) { if (millisecondsTimeout == 0) { return false; } spinner.SpinOnce(); //計(jì)時(shí) if (millisecondsTimeout != Timeout.Infinite && spinner.NextSpinWillYield) { if (millisecondsTimeout <= (TimeoutHelper.GetTime() - startTime)) { return false; } } } return true; } #endregion
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