多线程增量和跳过 0 没有锁？

Posted 2023-02-22

【中文标题】多线程增量和跳过 0 没有锁？

【英文标题】：multi-threaded increment and skip 0 without a lock?

【发布时间】：2013-09-03 19:38:09

【问题描述】：

我有一个超短计数器（偶尔会翻转）。使用此值的消息传递协议不允许 0。我需要一些线程安全的方法来每次读取此计数器（存储在类字段中）递增，如果我将其存储为 int 并使用互锁。增量。但是，我不确定如何将跳过 0 纳入其中。偶尔跳过几个数字也没关系；我的输出序列不一定是完美的。我不能在任何 4000 块中重复使用相同的数字。我想避免使用锁。

【问题讨论】：

你能用do result = Interlocked.Increment(ref value); while (result==0); 来避免0吗？

我认为只要在 while 检查中将结果转换为 ushort 就可以了。似乎在碰撞情况下它只会跳过 1.

@MarcGravell 其他一些线程可以读取Interlocked.Increments 之间的 0 值。

@xanatos 所以？没关系 - 因为新数字之后的所有代码都会运行相同的访问器 - 所以没有人会得到零

@MarcGravell 您可以让纯读者在阅读 0 并“伪造它”时返回 1……（他们不知道它是否已经是 1……但他们知道它将变成 1如果它是 0，则在几秒钟内）

【参考方案1】：

这个：

给定：

static int value = ushort.MaxValue;

在代码中：

int temp, temp2;

do

    temp = value;
    temp2 = temp == ushort.MaxValue ? 1 : temp + 1;

while (Interlocked.CompareExchange(ref value, temp2, temp) != temp);

您必须使用 int 然后对其进行转换（例如在 get 属性中），因为 Interlocked 并不适用于所有基本类型。

我们可能会在像这样的高度线程化的上下文中让它更快一点：

int temp = value;

while (true)

    int temp2 = temp == ushort.MaxValue ? 1 : temp + 1;

    int temp3 = Interlocked.CompareExchange(ref value, temp2, temp);

    if (temp3 == temp)
    
        break;
    

    temp = temp3;

通过这种方式，我们必须少读一次失败。

正如我在评论中所写，这段代码的中心思想是在计数器中增加一个临时变量 (temp2)，然后尝试用新值 (@ 987654328@)。如果没有人触及中间的旧值（Interlocked.CompareExchange() == temp），那么我们就完成了。如果其他人增加了该值，那么我们再试一次。 ushort 是通过使用具有固定最大值 (temp == ushort.MaxValue ? 1 : temp + 1) 的 int 来模拟的。

第二个版本，在 Interlocked.CompareExchange() 失败时重用函数读取的值作为添加 1 的新基础。

以这种方式使用的Interlocked.CompareExchange 可以用作构建其他Interlocked 操作的基础（你想要Interlocked.Multiply？你做一个“标准”乘法然后尝试Interlocked.CompareExchange 旧值）

【讨论】：

我仍然需要一个 ushort 结果。我不确定这是否检测到超短翻转。

这对我来说有点过分。我认为当从多个线程同时调用时这会中断。

@spender 可以使用int 作为支持字段。修改了代码。

@spender 第一次读取 (temp = value;) 可能是脏的，但如果它脏了，Interlocked.CompareExchange 将失败并强制“真正”读取该值。然后重新读取该值，但此时我们与其他线程“同步”。如果两个线程同时进入该代码块，则只有一个Interlocked.CompareExchange会成功，而另一个会失败。第二个版本对失败的读取减少了（我们重用了Interlocked.CompareExchange读取）

+1：这绝对是正确的答案。对于那些不知道的人，最上面的例子是创建复杂操作的类似联锁变体的基本模板。我已经多次这样做并且效果很好。这是一个久经考验的模式。