C# 原子操作理解

C#内置提供的原子操作

1. Interlocked.Increment：以原子操作的形式递增指定变量的值并存储结果。
2. Interlocked.Decrement：以原子操作的形式递减指定变量的值并存储结果。
3. 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

问题：如果要进行原子的乘法、除法或者其他操作改怎么办，C#并没有内置提供相应的方法呀？

那我们先来大概理解一下原子操作的流程

以增加变量值为例

1. 将实例变量添加到CPU寄存器中
2. 将该变量的值进行增加
3. 将该变量的增加后的值从CPU寄存器中还原到堆或栈中实例变量的值

可以看到如果是多核CPU在多线程环境下可能会导致在执行完步骤1，步骤2后当前线程失去时间片，其他线程读取改变量的值时就会读取到并未增加增加之前的值，所以就导致了数据的不一致。然而C#提供了上面三种原子操作来保证不出现这样的数据不一致，至于底层原理暂时不深究，我们来看看如何实现除这三种方法之外的操作。

进行原子的获取最大值操作

先放代码如下：

  public static int Maximum(ref int target, int value)
        {
            //注意target前面加了 ref ,这样在方法外改变target的值将会影响到方法内的target值，
            //即类似按引用传递
            int currentVal = target;//使用currentVal局部变量来存储target值，target值的变更不会影响currentVal
            int startVal = 0;
            int desiredVal = 0;

            do
            {
                startVal = currentVal; //记录本次迭代的起始值   1
                desiredVal = Math.Max(startVal, value);//根据startVal和value计算最大值desiredVal    2
                //如果target和startVal值一致则用desiredVal赋值给target，并将target原始值进行返回
                //如果target和startVal值不相同则什么都不做，并将target的值进行返回
                //target的值因为在别的线程进行操作时可能改变target的值，所以导致target值和startVal不一致
                currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);//  3
            } while (startVal != currentVal); // 4
            //因为startVal记录的是开始时target的值，而currentVal记录的则是target最新值
            //如果startVale和currentVal不一致则代表其他线程已经更改的target的值，所以需要重新迭代。
            //重新迭代时currentVal代表的是target的最新值
            //疑问：如果在 3 之后 4之前 target的值被其他线程更改怎么办？请大神帮忙
            return desiredVal;
        }

大致的逻辑可以参考注释进行理解，最主要的方法是通过currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal); 可以参考MSDN此方法的解释

其他操作

C# VIA CLR中给出了其他操作的模板，可以参考如下：

        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;
            int startVal = 0;
            int desiredVal = 0;
            do
            {
                startVal = currentVal;
                desiredVal = morpher(startVal, argument, out morphResult);
                currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
            } while (startVal != currentVal);
            return morphResult;

        }

可以通过委托定义自己想要的操作。乘法、除法等等。

大神写出的书就是牛，膜拜Jeffrey Richter