并发编程 - 线程同步(三)之原子操作Interlocked简介
上一章我们了解了3种处理多线程中共享资源安全的方法,今天我们将更近一步,学习一种针对简单线程同步场景的解决方案——Interlocked。
在此之前我们先学习一个概念——原子操作。
01、原子操作
原子操作,其概念源于化学领域,原子是构成化学元素的普通物质的最小单位;原子也是化学变化中最小的粒子及元素化学性质的最小单位。
借鉴到编程语言中原子操作指:不可分割的操作单元,是指一类不可中断的操作,它在执行时要么全部执行,要么全部不执行,不会被其他操作打断,而执行结果要么全部成功,要不全部失败,没有其他状态。
我们再回忆一下我们学习线程同步的目的——确保多个线程在访问共享资源时能够按顺序、安全地进行操作,从而避免并发执行带来的数据竞争和不一致的状态。
可以说原子操作天然的解决了多线程共享资源安全问题。
在C#语言中,Interlocked类提供了一系列可以进行原子操作的工具。
02、Interlocked实现原理
Interlocked的原子操作是基于CPU本身实现,是硬件级别的原子指令封装,并且它不需要显式的线程阻塞,因此比传统的锁机制(如互斥锁、信号量等)效率更高,尤其是在高并发的场景下。
线程阻塞是指操作系统把当前线程从运行状态变更为阻塞状态,并且操作系统会把当前线程占用的CPU时间片分配给其他线程,使当前线程尽可能少的占用CPU时间。在分配CPU时间片时会涉及上下文切换等操作。
因此Interlocked的非阻塞特性,严格意义上来说并不是锁,但是效率却比锁高得多。
另外如果一个方法在CPU层面上被设计为对立不可分割的指令,那么它本质上就是原子的,严格的原子性可以阻止任何抢占的可能。因此在32位CPU中,一个操作数的大小为32位,因此可以提供32位即4个字节大小及以内的数据类型(如int,float)进行读写的原子操作。同理64位CPU,则可以提供64位级8个字节大小及以内的数据类型(如long,double)进行读写的原子操作。
其实在上一章也举个一个例子,在32位CPU环境下操作long类型,多线程情况下会出现线程不完全问题,因为对于32位CPU,操作一次long类型数据至少需要两个原子指令,因此就会出现线程安全问题。
03、Interlocked常用方法
Interlocked方法从.NET Framework 1.1到目前最新的.NET 9也经历了长足的发展和完善。可以总结为:支持的操作类型在增加,操作能力也再增加,由早期的简单递增、递减、替换操作到现在的复杂位操作,内存屏障操作等。
下面我们先整体了解一下Interlocked有那些方法。
Read: 原子的读取64位值;
Increment: 原子的递增指定的变量,并返回递增后的新值;
Decrement: 原子的递减指定的变量,并返回递减后的新值;
Add: 原子的对两个变量求和,将第一个变量替换为两者和,并返回操作后第一个变量的新值;
Exchange: 原子的交换两个变量,并返回第一个变量的原始值;
Exchange: Exchange方法的泛型版本;
CompareExchange: 原子的比较第一个变量和第三个变量是否相等,如果相等,则将第一个变量替换为第二个变量值,并返回第一个变量的原始值;
CompareExchange: CompareExchange方法的泛型版本;
And: 原子的对两个变量进行按位与操作,将第一个变量替换为操作结果,并返回第一个变量的原始值;
Or: 原子的对两个变量进行按位或操作,将第一个变量替换为操作结果,并返回第一个变量的原始值;
MemoryBarrier: 强制执行内存屏障,作用范围当前线程,无返回值;
MemoryBarrierProcessWide: 提供进程范围的内存屏障,确保任何 CPU 的读取和写入无法跨屏障移动;
后面我们将详细讲解每个方法的如何使用。
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
并发编程 - 线程同步(三)之原子操作Interlocked简介的更多相关文章
- Python并发编程-线程同步(线程安全)
Python并发编程-线程同步(线程安全) 作者:尹正杰 版权声明:原创作品,谢绝转载!否则将追究法律责任. 线程同步,线程间协调,通过某种技术,让一个线程访问某些数据时,其它线程不能访问这些数据,直 ...
- 33 - 并发编程-线程同步-Event-lock
目录 1 线程同步 1.1 Event 1.1.1 什么是Flag? 1.1.2 Event原理 1.1.3 吃包子 1.2 Lock 1.2.1 lock方法 1.2.2 计数器 1.2.3 非阻塞 ...
- java并发编程笔记(三)——线程安全性
java并发编程笔记(三)--线程安全性 线程安全性: 当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些进程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协同,这个类都能表现 ...
- 【Java并发基础】并发编程领域的三个问题:分工、同步和互斥
前言 可以将Java并发编程抽象为三个核心问题:分工.同步和互斥. 这三个问题的产生源自对性能的需求.最初时,为提高计算机的效率,当IO在等待时不让CPU空闲,于是就出现了分时操作系统也就出现了并发. ...
- [书籍翻译] 《JavaScript并发编程》第三章 使用Promises实现同步
本文是我翻译<JavaScript Concurrency>书籍的第三章 使用Promises实现同步,该书主要以Promises.Generator.Web workers等技术来讲解J ...
- C#并行编程-线程同步原语
菜鸟学习并行编程,参考<C#并行编程高级教程.PDF>,如有错误,欢迎指正. 目录 C#并行编程-相关概念 C#并行编程-Parallel C#并行编程-Task C#并行编程-并发集合 ...
- Java并发编程:同步容器
Java并发编程:同步容器 为了方便编写出线程安全的程序,Java里面提供了一些线程安全类和并发工具,比如:同步容器.并发容器.阻塞队列.Synchronizer(比如CountDownLatch). ...
- 【转】Java并发编程:同步容器
为了方便编写出线程安全的程序,Java里面提供了一些线程安全类和并发工具,比如:同步容器.并发容器.阻塞队列.Synchronizer(比如CountDownLatch).今天我们就来讨论下同步容器. ...
- 8、Java并发编程:同步容器
Java并发编程:同步容器 为了方便编写出线程安全的程序,Java里面提供了一些线程安全类和并发工具,比如:同步容器.并发容器.阻塞队列.Synchronizer(比如CountDownLatch). ...
- 并发编程之第三篇(synchronized)
并发编程之第三篇(synchronized) 3. 自旋优化 4. 偏向锁 撤销-其它线程使用对象 撤销-调用wait/notify 批量重偏向 批量撤销 5. 锁消除 4.7 wait/notify ...
随机推荐
- @RequestParam @RequestBody @PathVariable 等参数绑定注解详解()
转载自:http://blog.csdn.net/walkerjong/article/details/7946109 学习了下,对@RequestBody,@SessionAttributes,@M ...
- Spring MVC 3.2 技术预览(一):Servlet 3介绍,异步支持
原文地址:http://blog.springsource.org/2012/05/06/spring-mvc-3-2-preview-introducing-servlet-3-async-supp ...
- Nuxt.js 应用中的 webpack:done 事件钩子
title: Nuxt.js 应用中的 webpack:done 事件钩子 date: 2024/11/26 updated: 2024/11/26 author: cmdragon excerpt: ...
- LiV-GS: LiDAR-Vision Integration for 3D Gaussian Splatting SLAM in Outdoor Environments
arxiv |哈工大发布 LiV-GS:户外环境中基于3D高斯泼溅的LiDAR-视觉集成SLAM系统 [LiV-GS: LiDAR-Vision Integration for 3D Gaussian ...
- Echarts 基本使用
1.Echarts简介 ECharts 是一个使用 JavaScript 实现的开源可视化库,涵盖各行业图表,满足各种需求. ECharts 包含了以下特性: (1)丰富的可视化类型: 常规的折线图. ...
- cryptohack RSA部分
1.Salty: 此题为rsa加密中e=1的情况,由于\(ed(mod phi)=1\),所以d自然是等于1的,不用分解n就解出了d from Crypto.Util.number import lo ...
- Shape文件格式
Shape文件格式 一个ESRI的shapefile数据包含一个主文件(.shp),一个索引文件(.shx)和一个dBASE(.dbf)表.主文件是直接访问的,变长记录的文件,每一条记录都描述一个形状 ...
- windows版 nvm 1.1.7 安装(填坑)
参考https://www.jianshu.com/p/cbf4f76ba0bb安装,注意事项: 1. 最好下载Setup安装版本,带安装界面,这样可以填写安装路径以及Nodejs路径,省去了改文件的 ...
- 当年的毕设-cpf (一个简易的协议 fuzzer)
整理文件时发现了这个,看是否有人需要... https://github.com/hac425xxx/cpf/ cpf 一个简单的协议Fuzz工具. 毕设答辩胶片&演示视频 https://g ...
- 鸿蒙UI布局实战 —— 个人中心页面开发
1.前言 接下里我们将开启"鸿蒙UI布局系列"的学习,第一站:学习线性布局(Row/Column)+ 弹性布局(Flex) 在展开学习前,先上一个实战demo--开发一个个人中心页 ...