并发编程 - 线程同步（四）之原子操纵Interlocked详解一 ...

上一章我们了解了原子操纵Interlocked类的设计原理及简单介绍，本日我们将对Interlocked的使用进行详细讲解。

在此之前我们先学习一个概念——原子操纵。
01、Read方法

该方法用于原子的读取64位值，有分别针对long类型和ulong类型的两个重载方法；
对于64位系统，64位数据类型的读取本身就是原子操纵；而对于32位系统，64位数据类型的读取须要至少两个原子指令，因此在32位系统可以通过Read方法对64位数据类型进行原子读取。
用法也很简单，示例如下：

1. private static long _readValue = 0;
2. public static void ReadRun()
3. {
4.     var thread = new Thread(ModifyReadValue);
5.     thread.Start();
6.     Thread.Sleep(100);
7.     var value = Interlocked.Read(ref _readValue);
8.     Console.WriteLine("原子读取long类型变量: " + value);
9. }
10. static void ModifyReadValue()
11. {
12.     _readValue = 88;
13.     Console.WriteLine("修改long类型变量: " + _readValue);
14. }

复制代码

运行效果如下：

由于系统环境缘故原由无法模拟出32位系统效果，因此这里只是给了个简单使用示例。
02、Increment方法

该方法用于原子的递增指定的变量，并返回递增后的新值。该方法有4个重载方法，分别为long、ulong、int和uint四种数据类型；该方法适用于多线程环境中须要安全递增变量的场景，如计数器、资源管理等。
对于加法操纵，无论是i+1,还是i++或++i，都不是线程安全的，最终可能会天生3条CPU指令，整个操纵过程大致如下：
1.将 i 的值加载到寄存器，即从内存中读取i；
2.将寄存器中值加1，即i值加1；
3.最后将寄存器中值回写到i，即完成i值的变更；
而在这编码层面为1行代码，而CPU层面为3行指令的操纵中，随时都有可能被线程调理器打断，而导致其他线程同时对i进行操纵，最终导致竞争条件，最后数据庞杂。
下面我们来举个例子，启动100个线程，分别对一个共享变量进行1000次递增1，最后打印出共享变量，运行这个示例9次观察每次运行效果，代码如下：

1. private static long _incrementValue = 0;
2. public static void IncrementRun()
3. {
4.     //运行9次测试，观察每次结果
5.     for (var i = 1; i < 10; i++)
6.     {
7.         //启动100个线程，对变量进行递增
8.         var threads = new Thread[100];
9.         for (var j = 0; j < threads.Length; j++)
10.         {
11.             threads[j] = new Thread(ModifyIncrementValue);
12.             threads[j].Start();
13.         }
14.         //等待所有线程执行完成
15.         foreach (var thread in threads)
16.         {
17.             thread.Join();
18.         }
19.         //最后打印结果
20.         Console.WriteLine($"第 {i} 运行结果: {_incrementValue}");
21.         _incrementValue = 0;
22.     }
23. }
24. static void ModifyIncrementValue()
25. {
26.     for (var i = 0; i < 1000; i++)
27.     {
28.         ++_incrementValue;
29.     }
30. }

复制代码

先看下执行效果：

可以发现每次的运行效果都不相同，而且效果也不对。这就是由于++i操纵并不是原子操纵，是线程不安全的。
只须要把上面代码：

1. ++_incrementValue;

复制代码

改为：

1. Interlocked.Increment(ref _incrementValue);

复制代码

即可解决上面的问题，修改事后，我们再来看看执行效果：

03、Decrement方法

该方法用于原子的递减指定的变量，并返回递减后的新值。该方法同样有4个重载方法，分别为long、ulong、int和uint四种数据类型；
该方法和Increment方法基本一样，区别就是一个是递增一个是递减，因此用法可以直接参考Increment方法，这里就不做详细讲解了。
04、Add方法

该方法用于原子的对两个变量求和，将第一个变量替换为两者和，并返回操纵后第一个变量的新值。该方法同样有4个重载方法，分别为long、ulong、int和uint四种数据类型；
虽然这个方法叫求和是加法，但是只须要把第2个参数变为负数，既可以实现减法。简单来说该方法可以实现原子的对两个变量求和与求差。
上面Increment方法和Decrement方法，只能对变量每次进行递增递减1，而能随意加减，可以通过Add方法实现两个变量进行加减。
下面我们用代码实现累加和累减示例用来阐明Add使用方法，就不展示线程安全差异了，可以参考Increment方法中的示例，自己写一个线程不安全的示例。

1. private static long _addValue = 0;
2. public static void AddRun()
3. {
4.     for (var j = 0; j < 1000; j++)
5.     {
6.         //_addValue =_ addValue + j;
7.         Interlocked.Add(ref _addValue, j);
8.     }
9.     Console.WriteLine($"累加结果: {_addValue}");
10.     _addValue = 0;
11.     for (var j = 0; j < 1000; j++)
12.     {
13.         //_addValue =_ addValue - j;
14.         Interlocked.Add(ref _addValue, -j);
15.     }
16.     Console.WriteLine($"累减结果: {_addValue}");
17. }

复制代码

执行效果如下：

注：测试方法代码以及示例源码都已经上传至代码库，有兴趣的可以看看。https://gitee.com/hugogoos/Planner

免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。