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.Net基于Thread實(shí)現(xiàn)自旋鎖的三種方式

 更新時(shí)間:2021年06月16日 10:04:25   作者:初夏的陽光丶  
本文主要講解.Net基于Thread實(shí)現(xiàn)自旋鎖的三種方式,基于Test--And--Set原子操作實(shí)現(xiàn),包含優(yōu)缺點(diǎn)介紹,感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧


基于Thread.SpinWait實(shí)現(xiàn)自旋鎖

實(shí)現(xiàn)原理:基于Test--And--Set原子操作實(shí)現(xiàn)
使用一個(gè)數(shù)據(jù)表示當(dāng)前鎖是否已經(jīng)被獲取 0表示未被索取,1表示已經(jīng)獲取 獲取鎖時(shí)會(huì)將_lock的值設(shè)置為1 然后檢查修改前的值是否等于0,

優(yōu)點(diǎn):

  • 不使用Thread.SpinWait方法,重試的方法體會(huì)為空,CPU會(huì)使用它的最大性能來不斷的進(jìn)行賦值和比較指令,會(huì)浪費(fèi)很大的性能,Thread.SpinWait提示CPU當(dāng)前正在自旋鎖的循環(huán)中,可以休息若干個(gè)時(shí)間周期
  • 使用自旋鎖需要注意的問題,自旋鎖保護(hù)的代碼應(yīng)該在非常短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完成,如果時(shí)間過長(zhǎng),其他線程不斷重試導(dǎo)致影響其他線程進(jìn)行

缺點(diǎn):

當(dāng)前實(shí)現(xiàn)沒有考慮到公平性,如果多個(gè)線程同時(shí)獲取鎖失敗,按時(shí)間順序第一個(gè)獲取鎖的線程不一定會(huì)在釋放鎖后第一個(gè)獲取成功,

代碼實(shí)現(xiàn):

public static class ThreadSpinWaitDemo
    {
        private static int _lock = 0;
        private static int _counterA = 0;
        private static int _counterB = 0;

        public static void IncrementCounters()
        {
            while (Interlocked.Exchange(ref _lock, 1) != 0)
            {
                Thread.SpinWait(1);
            }

            ++_counterA;
            ++_counterB;
            Interlocked.Exchange(ref _lock, 0);
        }

        public static void GetCounters(out int counterA, out int counterB)
        {
            while (Interlocked.Exchange(ref _lock, 1) != 0)
            {
                Thread.SpinWait(1);
            }
            counterA = _counterA;
            counterB = _counterB;
            Interlocked.Exchange(ref _lock, 0);

        }
    }

基于SpinWaite實(shí)現(xiàn)自旋鎖

特性是SpinOnce方法的次數(shù),如果在一定次數(shù)以內(nèi)并且當(dāng)前邏輯核心所大于1,則調(diào)用Thread.SpinWait函數(shù);如果超過一定次數(shù)或者當(dāng)前環(huán)境邏輯核心數(shù)等于1,則交替使用
Thread.Sleep(0)和Thread.Yield函數(shù),表示切換到其他線程,如果再超過一定次數(shù),則讓當(dāng)前線程休眠
SpinWaite解決Thread.SpinWait中的兩個(gè)問題

  • 如果自旋鎖運(yùn)行時(shí)間超長(zhǎng),SpinWaite可以提示操作系統(tǒng)切換到其他線程或者讓當(dāng)前線程進(jìn)入休眠狀態(tài),
  • 如果當(dāng)前環(huán)境只有一個(gè)核心邏輯,SpinWaite不會(huì)執(zhí)行Thread.SpinWait函數(shù),而是直接提示操作系統(tǒng)切換到其他線程,
public static class ThreadSpinOnceDemo
    {
        private static int _lock = 0;
        private static int _counterA = 0;
        private static int _counterB = 0;


        public static void IncrementCounters()
        {
            var spinWait = new SpinWait();
            while (Interlocked.Exchange(ref _lock, 1) != 0)
            {
                spinWait.SpinOnce();
            }

            ++_counterA;
            ++_counterB;
            Interlocked.Exchange(ref _lock, 0);
        }

        public static void GetCounters(out int counterA, out int counterB)
        {
            var spinWait = new SpinWait();
            while (Interlocked.Exchange(ref _lock, 1) != 0)
            {
                spinWait.SpinOnce();
            }
            counterA = _counterA;
            counterB = _counterB;
            Interlocked.Exchange(ref _lock, 0);

        }
    }

基于SpinLock實(shí)現(xiàn)自旋鎖

封裝了SpinWaite的邏輯

SpinLock代碼實(shí)現(xiàn)

public class ThreadSpinLockDemo
    {
        private static SpinLock _spinLock = new SpinLock();
        private static int _counterA = 0;
        private static int _counterB = 0;

        public static void IncrementCounters()
        {
            bool lockTaken = false;
            try
            {
                _spinLock.Enter(ref lockTaken);
                ++_counterA;
                ++_counterB;
            }
            finally
            {
                if (lockTaken)
                {
                    _spinLock.Exit();
                }
            }
        }

        public static void GetCounters(out int counterA, out int counterB)
        {
            bool lockTaken = false;
            try
            {
                _spinLock.Enter(ref lockTaken);
                counterA = _counterA;
                counterB = _counterB;
            }
            finally
            {
                if (lockTaken)
                {
                    _spinLock.Exit();
                }
            }
        }
    }

簡(jiǎn)述 Thread.Sleep(0)和Thread.Yield的區(qū)別

  • 在Windows系統(tǒng)中 Thread.Sleep調(diào)用系統(tǒng)提供的SleepEx函數(shù),Thread.Yield函數(shù)調(diào)用的是系統(tǒng)提供的SwitchToThread方法,
  • 區(qū)別在于SwitchToThread函數(shù)只會(huì)切換到當(dāng)前核心邏輯關(guān)聯(lián)的待運(yùn)行隊(duì)列的線程,不會(huì)切換到其他核心邏輯關(guān)聯(lián)的線程上,而SleepEx函數(shù)會(huì)切換到任意邏輯核心關(guān)聯(lián)的待運(yùn)行隊(duì)列中的線程,并且讓當(dāng)前線程在指定時(shí)間內(nèi)無法重新進(jìn)入待運(yùn)行隊(duì)列(如果線程為0 那么線程可以立刻重新進(jìn)入待運(yùn)行隊(duì)列)
  • 在Linux和OSX中 Thread.Sleep函數(shù)在休眠時(shí)間不為0時(shí)會(huì)調(diào)用pthread類庫(kù)提供的pthread_cond_timedWait函數(shù),在休眠時(shí)間為0時(shí)會(huì)調(diào)用sched_yield函數(shù),Thread.Yield同樣會(huì)調(diào)用sched_yield函數(shù) sched_yield在windows和osx系統(tǒng)中沒有區(qū)別,都只會(huì)切換到當(dāng)前和邏輯核心關(guān)心的待運(yùn)行隊(duì)列中的線程,不會(huì)切換到其他核心邏輯關(guān)聯(lián)的線程上。在unix系統(tǒng)上調(diào)用系統(tǒng)提供的sleep函數(shù)并傳入0 會(huì)直接忽略返回

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