While 循环计时如何在带有多个线程的 C# 中工作？

Posted 2023-04-12

【中文标题】While 循环计时如何在带有多个线程的 C# 中工作？

【英文标题】：How does While Loop timing work in C# w/ multiple threads?

【发布时间】：2021-10-10 17:13:28

【问题描述】：

我有一个可以从多个线程更新的 isRunning 布尔变量。只要 isRunning 为真，我就有一个 while 循环运行。在循环开始时，它立即再次检查布尔值是否为真。从概念上讲，我可以看到 while 循环将 isRunning 视为 true 的情况，然后另一个线程在 if 语句被处理之前更新该值。在实践中，我想象 isRunning 的时间跨度将有亚毫秒的变化，以便永远命中 if 语句。对我来说，这感觉就像是臭代码。

while(isRunning) 
       //isRunning gets updated by another thread??
   if(!isRunning) 
      //Will this ever get hit???
   
 

if 块可以被触发吗？在执行 while 检查之后紧跟 if 检查之间有什么样的时间跨度？我将如何进行实验？

【问题讨论】：

"if 块是否会被触发？" - 绝对地。 while 条件仅在循环开始时检查。如果另一个线程可以随时更新布尔值，那么循环以 isRunning 为 true 并且 isRunning 在 if 条件之前变为 false 肯定有可能。

您可能希望使用 ManualResetEvent 来达到您的目的

您的“实践中”假设非常危险。

"在执行 while 检查和紧跟 if 检查之间有什么样的时间跨度？"您遗漏了很多代码，尤其是 while 循环的主体和在其他线程中运行的代码。所以很难说。然而，所有需要发生的只是一个简单的上下文切换，这最终是你无法控制的。简而言之 - 有可能。

优化可能意味着isRunning 存储在CPU 寄存器中，因此将永远在另一个线程上显示为false（无限循环）。这段代码完全不是线程安全的，这种事情你需要使用Interlocked

【参考方案1】：

可以提出各种理论论证，但让我们尝试一下。我不会很小心，因为那不是重点。关键是要区分击中if 块是否是天文罕见的事件。

例如：

static void Main()

    int IfBlockHitCount = 0;
    for (int i = 0; i < 1000; i++)
    
        Thread runner = new Thread(RandomlyResetRunningFlag);
        IsRunning = true;
        runner.Start();
        while (IsRunning)
        
            if (!IsRunning)
                IfBlockHitCount++;
        
    

    Console.WriteLine(IfBlockHitCount);


static volatile bool IsRunning;
static volatile int sink;

static void RandomlyResetRunningFlag()

    Random r = new Random();
    int spinCount = r.Next(1000, 1000000);
    for (int i = 0; i < spinCount; i++)
        sink = 0;
    IsRunning = false;

我运行了几次，打印的数字非常多，通常不到 500（即不到一半的时间）。由此我得出结论，是的，很可能会击中 if 块。

但是为什么呢？我提出这个解释。由于执行忙等待的线程基本上做了两件事：

在while 的条件下检查IsRunning。 在if 的条件下检查IsRunning。

真的没有其他地方可以花时间。考虑到IsRunning 首次被观察为false 的随机时间，在这两种情况下都存在相当大的机会。如果线程实际上在做任何事情，那将大大改变结果。它以何种方式改变它，取决于 在哪里线程正在做某事：

while (IsRunning)

    // A
    if (!IsRunning)
        IfBlockHitCount++;
    // B

如果在位置 A 添加更多代码，则更有可能执行 if 块。如果在位置 B 添加更多代码，则执行 if 块的可能性会降低。

换一种说法：这并不是时间窗口有多短的问题，而是时间窗口相对于该窗口之外的时间量有多大的问题。如果没有其他事情发生，即使是一个很短的窗口也可以覆盖整个时间线的大部分时间。

顺便说一句，IsRunning 必须是volatile，否则整个问题都没有实际意义。 （提醒专家，C# volatile 不与 C++ volatile 相同，实际上适用于这种用法，尽管不一定推荐）我还做了一个 volatile @ 987654337@，为了强制那个随机持续时间的等待循环实际做某事，如果循环被优化掉会很糟糕。