C#原子操作实例分析
这篇文章主要讲解了“C#原子操作实例分析”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“C#原子操作实例分析”吧！
知识点竞争条件当两个或两个以上的线程访问共享数据，并且尝试同时改变它时，就发生争用的情况。它们所依赖的那部分共享数据，叫做竞争条件。
数据争用是竞争条件中的一种，出现竞争条件可能会导致内存(数据)损坏或者出现不确定性的行为。
线程同步如果有 N 个线程都会执行某个操作，当一个线程正在执行这个操作时，其它线程都必须依次等待，这就是线程同步。
多线程环境下出现竞争条件，通常是没有执行正确的同步而导致的。
CPU时间片和上下文切换时间片(timeslice)是操作系统分配给每个正在运行的进程微观上的一段 CPU 时间。
首先，内核会给每个进程分配相等的初始时间片，然后每个进程轮番地执行相应的时间，当所有进程都处于时间 片耗尽的状态时，内核会重新为每个进程计算并分配时间片，如此往复。
请参考：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%97%B6%E9%97%B4%E7%89%87
上下文切换（Context Switch），也称做进程切换或任务切换，是指 CPU 从一个进程或线程切换到另一个进程或线程。
在接受到中断（Interrupt）的时候，CPU 必须要进行上下文交换。进行上下文切换时，会带来性能损失。阻塞
阻塞状态指线程处于等待状态。当线程处于阻塞状态时，会尽可能少占用 CPU 时间。
当线程从运行状态(Runing)变为阻塞状态时(WaitSleepJoin)，操作系统就会将此线程占用的 CPU 时间片分配给别的线程。当线程恢复运行状态时(Runing)，操作系统会重新分配 CPU 时间片。
分配 CPU 时间片时，会出现上下文切换。
内核模式和用户模式只有操作系统才能切换线程、挂起线程，因此阻塞线程是由操作系统处理的，这种方式被称为内核模式(kernel-mode)。
Sleep()、Join()等，都是使用内核模式来阻塞线程，实现线程同步(等待)。
内核模式实现线程等待时，出现上下文切换。这适合等待时间比较长的操作，这样会减少大量的 CPU 时间损耗。
如果线程只需要等待非常微小的时间，阻塞线程带来的上下文切换代价会比较大，这时我们可以使用自旋，来实现线程同步，这一方法称为用户模式(user-mode)。
Interlocked 类为多个线程共享的变量提供原子操作。
使用 Interlocked 类，可以在不阻塞线程(lock、Monitor)的情况下，避免竞争条件。
Interlocked 类是静态类，让我们先来看看 Interlocked 的常用方法：
问题：
C# 中赋值和一些简单的数学运算不是原子操作，受多线程环境影响，可能会出现问题。
我们可以使用 lock 和 Monitor 来解决这些问题，但是还有没有更加简单的方法呢？
首先我们编写以下代码：
privatestaticintsum=0;publicstaticvoidAddOne(){for(inti=0;i<100_0000;i++){sum+=1;}}
这个方法的工作完成后，sum 会 +100。
我们在 Main 方法中调用：
staticvoidMain(string[]args){AddOne();AddOne();AddOne();AddOne();AddOne();Console.WriteLine("sum="+sum);}
结果肯定是 5000000，无可争议的。
但是这样会慢一些，如果作死，要多线程同时执行呢？
好的，Main 方法改成如下：
staticvoidMain(string[]args){for(inti=0;i<5;i++){Threadthread=newThread(AddOne);thread.Start();}Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));Console.WriteLine("sum="+sum);}
笔者运行一次，出现了sum = 2633938
我们将每次运算的结果保存到数组中，截取其中一段发现：
87578758876087608760876187628763876487658766876687688769
多个线程使用同一个变量进行操作时，并不知道此变量已经在其它线程中发生改变，导致执行完毕后结果不符合期望。
我们可以通过下面这张图来解释：
因此，这里就需要原子操作，在某个时刻，必须只有一个线程能够进行某个操作。而上面的操作，指的是读取、计算、写入这一过程。
当然，我们可以使用 lock 或者 Monitor 来解决，但是这样会带来比较大的性能损失。
这时 Interlocked 就起作用了，对于一些简单的操作运算， Interlocked 可以实现原子性的操作。
2，Interlocked.Increment()实现原子性，可以通过多种锁来解决，目前我们学习到了 lock、Monitor，现在来学习 Interlocked ，后面会学到更加多的锁的实现。
用于自增操作。
我们修改一下 AddOne 方法：
publicstaticvoidAddOne(){for(inti=0;i<100_0000;i++){Interlocked.Increment(refsum);}}
然后运行，你会发现结果 sum = 5000000 ，这就对了。
说明 Interlocked 可以对简单值类型进行原子操作。
Interlocked.Increment()是递增，而Interlocked.Decrement()是递减。3，Interlocked.Exchange()
Interlocked.Exchange()实现赋值运算。
这个方法有多个重载，我们找其中一个来看看：
publicstaticintExchange(refintlocation1,intvalue);
意思是将 value 赋给 location1 ，然后返回 location1 改变之前的值。
测试：
staticvoidMain(string[]args){inta=1;intb=5;//a改变前为1intresult1=Interlocked.Exchange(refa,2);Console.WriteLine($"a新的值a={a}|a改变前的值result1={result1}");Console.WriteLine();//a改变前为2，b为5intresult2=Interlocked.Exchange(refa,b);Console.WriteLine($"a新的值a={a}|b不会变化的b={b}|a之前的值result2={result2}");}
另外Exchange()也有对引用类型的重载：
Exchange<T>(T,T)4，Interlocked.CompareExchange()
其中一个重载：
publicstaticintCompareExchange(refintlocation1,intvalue,intcomparand)
比较两个 32 位有符号整数是否相等，如果相等，则替换第一个值。
如果comparand和location1中的值相等，则将value存储在location1中。 否则，不会执行任何操作。
看准了，是location1和comparand比较！
使用示例如下：
staticvoidMain(string[]args){intlocation1=1;intvalue=2;intcomparand=3;Console.WriteLine("运行前：");Console.WriteLine($"location1={location1}|value={value}|comparand={comparand}");Console.WriteLine("当location1!=comparand时");intresult=Interlocked.CompareExchange(reflocation1,value,comparand);Console.WriteLine($"location1={location1}|value={value}|comparand={comparand}|location1改变前的值{result}");Console.WriteLine("当location1==comparand时");comparand=1;result=Interlocked.CompareExchange(reflocation1,value,comparand);Console.WriteLine($"location1={location1}|value={value}|comparand={comparand}|location1改变前的值{result}");}5，Interlocked.Add()
对两个 32 位整数进行求和并用和替换第一个整数，上述操作作为一个原子操作完成。
publicstaticintAdd(refintlocation1,intvalue);
只能对 int 或 long 有效。
回到第一小节的多线程求和问题，使用Interlocked.Add()来替换Interlocked.Increment()。
staticvoidMain(string[]args){for(inti=0;i<5;i++){Threadthread=newThread(AddOne);thread.Start();}Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));Console.WriteLine("sum="+sum);}privatestaticintsum=0;publicstaticvoidAddOne(){for(inti=0;i<100_0000;i++){Interlocked.Add(refsum,1);}}6，Interlocked.Read()
返回一个以原子操作形式加载的 64 位值。
64位系统上不需要 Read 方法，因为64位读取操作已是原子操作。 在32位系统上，64位读取操作不是原子操作，除非使用 Read 执行。
publicstaticlongRead(reflonglocation);
就是说 32 位系统上才用得上。
感谢各位的阅读，以上就是“C#原子操作实例分析”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对C#原子操作实例分析这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是亿速云，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！
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