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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(yáng)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(lái)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(wèn)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(guò)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(méi)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(guò)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(guò)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(wèn)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(wú)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(méi)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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