对 Interlocked.Increment 和 Lock 的使用感到困惑

Posted 2023-02-22

【中文标题】对 Interlocked.Increment 和 Lock 的使用感到困惑

【英文标题】：confused on usage of Interlocked.Increment and Lock

【发布时间】：2012-09-07 09:11:34

【问题描述】：

我了解Interlocked.Increment 和lock() 的功能。但我对何时使用其中一种感到困惑。据我所知，Interlocked.Increment 增加了共享 int/long 值，而lock() 旨在锁定代码区域。

例如，如果我想更新字符串值，可以使用lock()：

lock(_object)

    sharedString = "Hi";

但是，Interlocked 类无法做到这一点。

为什么不能通过Interlocked 完成？ 这些同步机制有什么区别？

【问题讨论】：

或许这篇博文会有所帮助：geekswithblogs.net/BlackRabbitCoder/archive/2012/09/06/…

【参考方案1】：

Interlocked.Increment 及相关方法依靠硬件指令对单个 32bit 或 64bit 内存值进行同步修改，确保多个线程访问同一个值时不会读/写陈旧数据。这是必要的，因为在硬件级别，处理器具有内存值的本地/总线副本（出于性能考虑，通常称为总线内存或 cpu 缓存）。

lock() 为一段代码执行同步，而不是单个整数值。而不是依靠硬件指令来同步对变量的访问，结果代码而是依靠操作系统同步原语（软件，而不是硬件）来保护内存和代码执行。

此外，lock() 的使用会发出内存屏障，确保从多个 CPU 访问相同的变量会产生同步（非陈旧）数据。在其他必须明确执行内存屏障和防护的语言/平台中，情况并非如此。

在整数值上使用Interlocked 方法效率更高，因为硬件本身支持执行必要的同步。但是这种硬件支持只存在于 __int32 和 __int64 等本机积分，因为硬件没有更高级别的复杂类型的概念，因此Interlocked 类型没有公开这种高级方法。因此，您不能使用 Interlocked 同步分配 System.String 或任何 System.Object 派生类型。

（即使如果您使用的是较低级别的语言，也可以使用相同的硬件指令来分配指向字符串值的指针，但事实是，在 .NET 中，字符串对象并不表示为指针，因此它在任何“纯”.NET 语言中都是不可能的。我正在避免这样一个事实，即您可以使用不安全的方法来解析指针并执行字符串值的互锁分配，如果您 - 真的 - 想要，但我不'感觉这并不是您真正要问的问题，而且 Interlocked 不支持这一点，因为需要在后台进行 GC 固定，这可能会比使用 lock() 更昂贵和更具侵入性。）

因此，对于“引用类型”的同步修改/分配，您将需要使用同步原语（即 lock()、Monitor 等）。如果您只需要同步一个整数值（Int32、Int64），那么使用 Interlocked 方法会更有效。如果有多个整数值要同步，则使用 lock() 语句可能仍然有意义，例如递增一个整数同时递减第二个整数，这两个整数都需要作为单个逻辑操作进行同步。

【参考方案2】：

Interlocked.Increment 可以而且应该用于增加共享的int 变量。 在功能上使用Interlocked.Increment 与：

lock(_object)

   counter++;

但Interlocked.Increment 在性能方面要便宜得多。

【讨论】：

"但是Interlocked.Increment 在性能方面要便宜得多。"为什么后面是一样的呢？

@Guillaume 不，它们不一样，我说它们在功能上相似（产生相同的结果）

查看this answer了解差异详情。

【参考方案3】：

如果要交换引用值，并在原子操作中返回原始值，可以使用Interlocked.Exchange。 Interlocked.Increment 完全按照它所说的去做：它递增一个数字。

但简单地将引用值分配给变量，或者任何 32 位值类型在 .NET 中都是原子的。我能想到的唯一另一种情况，后者不成立，如果你创建一个打包结构并设置属性，这将迫使编译器不在 4 字节边界对齐成员（但这不是你做的事情真的经常）。

【讨论】：

您能否详细说明一下，那个不正确的状态是什么？至于“明显错误”，请查看language specs，第 12.5 章：*“以下数据类型的读写应是原子的：(...)、int、(...) 和引用类型."。不，我很确定它们是原子的。

当然不是，但没人这么说。读取和写入是原子的，但您所说的是两个不同的操作，而这正是我在第一段中所写的。但是如果你看一下OP的问题，你会发现它只不过是一个引用赋值，它是原子的，不需要同步。如果一个线程想将一个字符串字段设置为Hi，另一个设置为Hello，则在此过程中没有任何东西可以“损坏”。

另外，它与多核系统无关，单核系统使用多线程没有问题，不同步也会出现同样的问题。您应该再次阅读 OP 的问题，并看到他的意图不是增加数字，而是“更新 string 值”。以它呈现的形式，不，不需要任何类型的同步构造。