深入浅出多线程系列之九：Interlocked

在大多数计算机上，增加变量操作不是一个原子操作，需要执行下列步骤：

1.       将实例变量中的值加载到寄存器中。

2.       增加或减少该值。

3.       在实例变量中存储该值。

 

在多线程环境下，线程会在执行完前两个步骤后被抢先。然后由另一个线程执行所有三个步骤，当第一个线程重新开始执行时，它覆盖实例变量中的值，造成第二个线程执行增减操作的结果丢失。

 

Interlocked可以为多个线程共享的变量提供原子操作。

• Interlocked.Increment：以原子操作的形式递增指定变量的值并存储结果。
• Interlocked.Decrement以原子操作的形式递减指定变量的值并存储结果。
• Interlocked.Add以原子操作的形式，添加两个整数并用两者的和替换第一个整数

 

但是Interlocked并没有为乘法，除法提供原子操作。那么如何实现乘法，除法，以及为其他的一些非原子操作提供原子操作的支持呢？？

 

关键就在于Interlocked.CompareExchange 中,Jeffrey Richter把它叫做InterLocked Anything 模式。

下面我们使用Interlocked.CompareExchange 实现求最大值的原子操作。

 

       public static int Maximum(ref int target, int value)
        {
            int currentVal = target;   //将target的当前值保存到currentVal中
            int startVal, desiredVal;  //声明两个变量来记录操作开始前的值和期望的结果值。

            do
            {
                startVal = currentVal; //将currentVal中的值保存到startVal中，此时记录的是target在操作开始前的最初值。
                desiredVal = Math.Max(startVal, value); //通过startVal进行复杂的计算，返回一个期望的结果，在这里仅仅是返回两者的最大值。

                //线程可能在这里被抢占,target的值可能被改变
                //如果target的值被改变了，那么target和startVal的值就不想等，所以就不应该用desiredVal替换target.
                //如果target的值没有被改变，那么target和startVal的值就像等，使用desiredVal替换target.
                //不管替换或者不替换，CompareExchange的返回值始终是target的值，所以currentVal的值现在是target的最新值。

                //CompareExchange:将target和startVal的值比较，相等则用desiredVal替换，否则不操作，
                //不管替换还是不替换返回的都是原来保存在target的值。
                currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
            } while (startVal != currentVal); //当target的起始值和最新值不相等的时候，说明target被修改了，所以继续下次判断，否则退出循环。
            return desiredVal;
        }

 

这段代码的核心就是：currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
// 将target的值和startVal的值比较，相等则用desiredVal替换target，否则不操作，
//不管替换还是不替换返回的都是原来保存在target的值。

 

在这里，计算可能会比较复杂，而不像上面的Math.Max一样，所以可以使用委托调用的方式进行封装。

 

delegate int Morpher<TResult, TArgument>(int startValue, TArgument argument,
            out TResult morphResult);

        static TResult Morph<TResult, TArgument>(ref int target, TArgument argument,
            Morpher<TResult, TArgument> morpher)
        {
            TResult morphResult;

            int currentVal = target, startVal, desiredVal;

            do
            {
                startVal = currentVal;
                desiredVal = morpher(startVal, argument, out morphResult);
                currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
            } while (startVal != currentVal);

            return morphResult;
        }

 

基本原理和上面的一致。

 

 

参考资料：

http://www.albahari.com/threading/

CLR Via C# 3.0