詳解c# SpinWait
SpinWait封裝常見旋轉(zhuǎn)邏輯。在單處理器計算機上,始終使用 "生成" 而不是 "繁忙等待",在裝有超線程技術(shù)的 Intel 處理器的計算機上,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是一個值類型,這意味著低級別代碼可以使用 SpinWait,而不必擔(dān)心不必要的分配開銷。SpinWait 對于普通應(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。在多核計算機上,如果不得長時間保留資源,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)省了幾千個周期。如果資源仍不可用,那么也只花了幾個周期,仍可以進入基于內(nèi)核的等待。這種“旋轉(zhuǎn)后等待”的組合有時稱為“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)。謹慎實現(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)時間夠長(大致是內(nèi)核轉(zhuǎn)換所需的時間長度)時自行啟動上下文切換。例如,在單核計算機上,SpinWait 會立即生成線程的時間片,因為旋轉(zhuǎn)會阻止所有線程取得進展。即使在多核計算機上,SpinWait 也會生成時間片,以防等待線程阻止優(yōu)先級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,會將阻止的時間的CPU切換至其他等待的進程,等到Thread.Sleep等待時間到后,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。我們都知道進程在切換的時候會有時間與內(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,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會競爭當(dāng)前時間片段,不限制線程優(yōu)先級
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)前線程會重新使用CPU時間片)
//(上面已說明,后續(xù)補充實現(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)補充實現(xiàn)邏輯)
Thread.Yield();
}
}
else
{
//線程等待
//4,8,16,32,64...位運算,2的n次方
//①循環(huán)10次
Thread.SpinWait(4 << m_count);
}
// m_count 遞增; m_count 達到最大值后回滾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或者時間達到timeout
/// </summary>
public static bool SpinUntil(Func<bool> condition, TimeSpan timeout)
{
//校驗時間格式是否正確
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或者時間達到timeout.
/// </summary>
public static bool SpinUntil(Func<bool> condition, int millisecondsTimeout)
{
//校驗時間格式
if (millisecondsTimeout < Timeout.Infinite)
{
throw new ArgumentOutOfRangeException(
"millisecondsTimeout", millisecondsTimeout, "SpinWait_SpinUntil_TimeoutWrong");
}
//空值校驗
if (condition == null)
{
throw new ArgumentNullException("condition", "SpinWait_SpinUntil_ArgumentNull");
}
uint startTime = 0;
if (millisecondsTimeout != 0 && millisecondsTimeout != Timeout.Infinite)
{
//自上次啟動計算機以來所經(jīng)過的時間(以毫秒為單位)。
startTime = TimeoutHelper.GetTime();
}
SpinWait spinner = new SpinWait();
while (!condition())
{
if (millisecondsTimeout == 0)
{
return false;
}
spinner.SpinOnce();
//計時
if (millisecondsTimeout != Timeout.Infinite && spinner.NextSpinWillYield)
{
if (millisecondsTimeout <= (TimeoutHelper.GetTime() - startTime))
{
return false;
}
}
}
return true;
}
#endregion
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