.NET中保证线程安全的高级方法Interlocked类使用介绍
说到线程安全,不要一下子就想到加锁,尤其是可能会调用频繁或者是要求高性能的场合。
对于性能要求不高或者同步的对象数量不多的时候,加锁是一个比较简单而且易于实现的选择。比方说.NET提供的一些基础类库,比如线程安全的堆栈和队列,如果使用加锁的方式那么会使性能大打折扣(速度可能会降低好几个数量级),而且如果设计得不好的话还有可能发生死锁。
现在通过查看微软的源代码来学习一些不直接lock(等价于Monitor类)的线程同步技巧吧。
这里我们主要用的是Interlocked类,这个类按照M$的描述,是“为多个线程共享的变量提供原子操作”,当然这个类是一个静态类。这个类的源代码看不到,因为是调用的CLR内部的方法,不过基本思想应该是通过硬件原语tryandset来实现的。
该类提供的Add、Increment、Decrement能够完成简单的原子操作。
假如我们要提供一个计数器,每访问一次就递增地返回一个新的数值用于计数。在多线程环境下,s++这一条语句不是线程安全的。因为执行这个语句要经过:移到寄存器(读取)、运算、写入这几个步骤,在任何时候都可能会切换到其他线程,这样子s被多个线程访问值可能会在切换的过程中丢失。有了Interlocked提供的这几个原子操作的方法,就不用自己去加锁实现这些简单的运算了。由于是使用的硬件原语,其效率自然也比加锁高得多。
但是大多数情况下,问题并没有执行相加相减运算那么简单,这时如果不想用锁的话就要想想办法了。
以微软的ConcurrentStack提供的线程安全的堆栈为例,分析一下如何实现如果往栈头添加数据。
m_head是指向堆顶的指针,在定义的时候由于是多线程访问的,所以要加上volatile修饰符:
privatevolatileNodem_head;
如果是单线程的,那么入栈语句就是下面这个样子:
1. NodenewNode=newNode(item); 2. newNode.m_next=m_head; 3. m_head=newNode;
假如有两个线程并发访问入栈方法的话,那么可能会产生如下情况:第一个线程执行完第二条语句被打断,第二个线程执行到第二条语句又切换回第一个线程,两个线程执行完后有一个入栈的元素就不见了。那么如何实现线程安全呢?M$的代码是这样写的:
NodenewNode=newNode(item); newNode.m_next=m_head; if(Interlocked.CompareExchange(refm_head,newNode,newNode.m_next)==newNode.m_next) { return; }
//Ifwefailed,gototheslowpathandlooparounduntilwesucceed. PushCore(newNode,newNode);