.NET线程同步之Interlocked和ReadWrite锁
来源:互联网 发布:搜索算法哪种最快 编辑:程序博客网 时间:2024/06/06 04:14
摘要: 本系列意在记录Windwos线程的相关知识点,包括线程基础、线程调度、线程同步、TLS、线程池等。
这篇来说说静态的Interlocked类和ReadWrite锁
.NET中的Interlocked
Interlocked的系列方法提供了对简单类型的原子操作(不会被打断的操作),因此这也是一种多线程共享变量,防止冲突争用的方法。
比如下面的方法作用是以原子的方式递增整数i:
int
i = 0 ;
Interlocked.Increment(
ref
i);
除此之外还包括Add、Exchange、CompareExchange、Decrement、Read和其中的某些泛型版本。如果看官使用过windows API自带的Interlock系列函数,可能已经发现了:这里的Interlocked类应该只是封装了windows API的调用。在【Windows】线程漫谈——线程同步之原子访问中详细阐述了Interlocked系列函数的存在意义和使用方法,作为对比下面列出.NET版本和windows API版本:
.NETAPI说明Interlocked.AddInterlockedExchangeAdd对某个变量做加法Interlocked.IncrementInterLockedIncrement递增变量Interlocked.DecrementInterLockedDecrement递减变量Interlocked.ExchangeInterlockedExchange对变量赋值Interlocked.CompareExchangeInterlockedCompareExchange对变量比较后赋值(参数1与参数3比较,如果相同,把参数2赋值给参数1)此外,Windows API还提供InitializeSListHead/InterlockedPushEntrySList/InterlockedPopEntrySList/InterlockedFlushSList/QueryDepthSList来构建单链表栈,参见:《Windows核心编程》---Interlocked原子访问系列函数
对于Interlocked.CompareExchange,之前在园子里看到一篇关于单例的文章:著名的双检锁技术。文章大意是由于对象在通过new关键字创建时,可能会先将引用赋值给目标变量,再调用构造器,因此,在单例模式中的“双检测技术”可能会有隐含的bug。最后作者提出替代方案使用了Interlocked.CompareExchange,这里照搬过来了:
internal
sealed
class
MySingleton
{
private
static
MySingleton s_value =
null
;
public
static
MySingleton GetMySingleton()
{
if
(s_value !=
null
)
return
s_value;
MySingleton temp =
new
MySingleton();
Interlocked.CompareExchange(
ref
s_value, temp,
null
);
return
s_value;
}
}
.NET中的ReaderWriterLock
有时对于共享资源应当区分读和写,因为读的时候往往是允许多线程同时读的,因为这不会造成混乱;而只有在需要写的时候才不允许其他线程读或者写。.NET的ReaderWriterLock和ReaderWriterLockSlim为我们提供了区分读和写的锁。这种方式在有些情况下通常比Monitor更高效。在MSDN中推荐使用的是ReaderWriterLockSlim类,其解释是ReaderWriterLockSlim用一种简单的规则处理递归调用以及更好的支持锁升级机制,而且能更好的避免死锁的发生,最后它比ReaderWriterLock更高效。由于两者十分相似,所以这里就对ReaderWriterLockSlim作个简单的讨论。
首先,应当尽量避免在同一个线程中多次对请求一个锁,典型的情况就是递归的调用,因为这往往容易死锁。因此,ReaderWriterLockSlim的默认无参构造函数是不允许递归的,当然你也可以设置允许递归:
public
ReaderWriterLockSlim(
LockRecursionPolicy recursionPolicy
)
对于ReaderWriterLockSlim锁,一个线程试图获取锁的时候分三种模式:
- Read Mode:读模式,表示线程试图对共享资源进行读操作,而不会写。ReaderWriterLockSlim.EnterReadLock\ReaderWriterLockSlim.TryEnterReadLock
- Write Mode:写模式,表示线程试图对共享资源进行写操作。ReaderWriterLockSlim.EnterWriteLock\ReaderWriterLockSlim.TryEnterWriteLock
- Upgradeable Read Mode:读模式,但可能将来升级成写锁。ReaderWriterLockSlim.EnterUpgradeableReadLock\ReaderWriterLockSlim.TryEnterUpgradeableReadLock
在不考虑同一个线程递归请求锁的情况下:
- 同一时刻只能有一个线程获得写锁,在有线程获得写锁的时候,其他线程将无法获得任何类型的锁;
- 同一时刻只能有一个可升级的读锁,在有线程获得可升级读锁的时候,其他线程只能获得读锁;
- 同一时刻读锁可以被多个线程获得,除了上述两种情况;
读锁升级
同一时刻只能有一个线程获得可升级读锁,当获得可升级读锁的线程试图获得写锁的时候或可以调用EnterWriteLock,如果此时有线程没有释放写锁的话,EnterWriteLock会阻塞直到所有的读锁释放,同时试图获得读锁的线程也将阻塞(这里不用考虑写锁,因为既然可以获得可升级读锁,那么必然不存在写锁),这有点像“关门放狗”,关上门不让狗进来,而把已经在里面的狗放走。:)
请参考MSDN上的例子理解ReadWriterLockSlim:http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.readerwriterlockslim.aspx
ReaderWriterLockSlim和Slim读/写锁
在【Windows】线程漫谈——线程同步之Slim读/写锁中介绍了Windows API提供的读写锁同步方式。下面的表格对两种API做了比较:
.NETAPI说明ReaderWriterLockSlim构造InitializeSRWLock ReaderWriterLockSlim.EnterWriteLockAcquireSRWLOckExclusive ReaderWriterLockSlim.TryEnterWriteLock-- ReaderWriterLockSlim.ExitWriteLockReleaseSRWLockExclusive ReaderWriterLockSlim.EnterReadLockAcquireSRWLockShared ReaderWriterLockSlim.TryEnterReadLock-- ReaderWriterLockSlim.ExitReadLockReleaseSRWLockShared ReaderWriterLockSlim.EnterUpgradeableReadLock-- ReaderWriterLockSlim.TryEnterUpgradeableReadLock-- ReaderWriterLockSlim.ExitUpgradeableReadLock-- --CONDITION_VARIABLEAPI提供了条件变量的支持可以递归特性--.NET提供了递归从上表中可以看到,.NET的版本具有以下特点:
- 提供对应的TryXXX方法
- 提供可升级写锁特性
- 提供可递归的特性
不提供条件变量的用法
劳动果实,转载请注明出处:http://www.cnblogs.com/P_Chou/archive/2012/07/24/interlocked-and-slimlock-in-net-thread-sync.html
简单写了个小程序,比较了一下C#中各种Lock的速度(前提是都没有进入wait状态)。
各进入离开Lock 1kw次,结果如下:
LockTime (ms)No lock58CriticalSection726Interlocked344Readerslim1932Writerslim1513Reader3754Writer3430Mutex24998Semaphore24197Event22549
结论如下:
- Interlocked可以直接编译为CPU指令,速度最快,虽然功能较少但能用则用。
- CriticalSection(也就是lock关键字或者Monitor.Enter()方法)仅比Interlocked慢,建议使用。
- 对于ReaderWriterLock和ReaderWriterLockSlim,Slim快近一倍,但缺点是不能track owner,也就是同一线程不能多次进入同一个lock。Reader比Writer要慢,估计是要维护reader count的原因。
- Mutex,Semaphore,Event即使可以获得lock也要进入内核模式,所以最慢,要尽量避免使用。
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