        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                new Thread(AddOne).Start();
            }
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
            Console.WriteLine("sum = " + sum);
            Console.ReadKey();
        }
        private static int sum = 0;
        public static void AddOne()
        {
            for (int i = 0; i < 100_0000; i++)
            {
                sum += 1;
            }
        }

運行后你會發(fā)現(xiàn)，結(jié)果不為 500_0000，而使用 Interlocked.Increment(ref sum);后，可以獲得準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。

你試試再運行下面的示例：

        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                new Thread(AddOne).Start();
            }
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
            Console.WriteLine("sum = " + sum);
            Console.ReadKey();
        }
        private static volatile int sum = 0;
        public static void AddOne()
        {
            for (int i = 0; i < 100_0000; i++)
            {
                sum += 1;
            }
        }

你以為正常了？哈哈哈，并沒有。

volatile 的作用在于讀，保證了觀察的順序和寫入的順序一致，每次讀取的都是最新的一個值；不會干擾寫操作。

詳情請點擊：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/keywords/volatile

其原理解釋：https://theburningmonk.com/2010/03/threading-understanding-the-volatile-modifier-in-csharp/

三種常用等待

這三種等待分別是：

Thread.Sleep();

Thread.SpinWait();

Task.Delay();

Thread.Sleep(); 會阻塞線程，使得線程交出時間片，然后處于休眠狀態(tài)，直至被重新喚醒；適合用于長時間的等待；

Thread.SpinWait(); 使用了自旋等待，等待過程中會進行一些的運算，線程不會休眠，用于微小的時間等待；長時間等待會影響性能；

Task.Delay(); 用于異步中的等待，異步的文章后面才寫，這里先不理會；

這里我們還需要繼續(xù) SpinWait 和 SpinLock 這兩個類型，最后再進行總結(jié)對照。

再說自旋和阻塞

前面我們學(xué)習(xí)過自旋和阻塞的區(qū)別，這里再來擼清楚一下。

線程等待有內(nèi)核模式(Kernel Mode)和用戶模式(User Model)。

因為只有操作系統(tǒng)才能控制線程的生命周期，因此使用 Thread.Sleep() 等方式阻塞線程，發(fā)生上下文切換，此種等待稱為內(nèi)核模式。

用戶模式使線程等待，并不需要線程切換上下文，而是讓線程通過執(zhí)行一些無意義的運算，實現(xiàn)等待。也稱為自旋。

SpinWait 結(jié)構(gòu)

微軟文檔定義：為基于自旋的等待提供支持。

SpinWait 是結(jié)構(gòu)體；Thread.SpinWait() 的原理就是 SpinWait 。
如果你想了解 Thread.SpinWait() 是怎么實現(xiàn)的，可以參考 https://www.tabsoverspaces.com/233735-how-is-thread-spinwait-actually-implemented

線程阻塞是會耗費上下文切換的，對于過短的線程等待，這種切換的代價會比較昂貴的。在我們前面的示例中，大量使用了 Thread.Sleep() 和各種類型的等待方法，這其實是不合理的。

SpinWait 則提供了更好的選擇。

屬性和方法

老規(guī)矩，先來看一下 SpinWait 常用的屬性和方法。

屬性：

屬性	說明
Count	獲取已對此實例調(diào)用 SpinOnce() 的次數(shù)。
NextSpinWillYield	獲取對 SpinOnce() 的下一次調(diào)用是否將產(chǎn)生處理器，同時觸發(fā)強制上下文切換。

方法：

方法	說明
Reset()	重置自旋計數(shù)器。
SpinOnce()	執(zhí)行單一自旋。
SpinOnce(Int32)	執(zhí)行單一自旋，并在達到最小旋轉(zhuǎn)計數(shù)后調(diào)用 Sleep(Int32) 。
SpinUntil(Func)	在指定條件得到滿足之前自旋。
SpinUntil(Func, Int32)	在指定條件得到滿足或指定超時過期之前自旋。
SpinUntil(Func, TimeSpan)	在指定條件得到滿足或指定超時過期之前自旋。

自旋示例

下面來實現(xiàn)一個讓當(dāng)前線程等待其它線程完成任務(wù)的功能。

其功能是開辟一個線程對 sum 進行 +1，當(dāng)新的線程完成運算后，主線程才能繼續(xù)運行。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            new Thread(DoWork).Start();

            // 等待上面的線程完成工作
            MySleep();

            Console.WriteLine("sum = " + sum);
            Console.ReadKey();
        }

        private static int sum = 0;
        private static void DoWork()
        {
            for (int i = 0; i < 1000_0000; i++)
            {
                sum++;
            }
            isCompleted = true;
        }

        // 自定義等待等待
        private static bool isCompleted = false;
        private static void MySleep()
        {
            int i = 0;
            while (!isCompleted)
            {
                i++;
            }
        }
    }

新的實現(xiàn)

我們改進上面的示例，修改 MySleep 方法，改成：

        private static bool isCompleted = false;        
        private static void MySleep()
        {
            SpinWait wait = new SpinWait();
            while (!isCompleted)
            {
                wait.SpinOnce();
            }
        }

或者改成

        private static bool isCompleted = false;        
        private static void MySleep()
        {
            SpinWait.SpinUntil(() => isCompleted);
        }

SpinLock 結(jié)構(gòu)

微軟文檔：提供一個相互排斥鎖基元，在該基元中，嘗試獲取鎖的線程將在重復(fù)檢查的循環(huán)中等待，直至該鎖變?yōu)榭捎脼橹埂?/p>

SpinLock 稱為自旋鎖，適合用在頻繁爭用而且等待時間較短的場景。主要特征是避免了阻塞，不出現(xiàn)昂貴的上下文切換。

筆者水平有限，關(guān)于 SpinLock ，可以參考 https://www.c-sharpcorner.com/UploadFile/1d42da/spinlock-class-in-threading-C-Sharp/

另外，還記得 Monitor 嘛？SpinLock 跟 Monitor 比較像噢~http://chabaoo.cn/article/237307.htm

在《C#多線程(10：讀寫鎖)》中，我們介紹了 ReaderWriterLock 和 ReaderWriterLockSlim ，而 ReaderWriterLockSlim 內(nèi)部依賴于 SpinLock，并且比 ReaderWriterLock 快了三倍。

屬性和方法

SpinLock 常用屬性和方法如下：

屬性：

屬性	說明
IsHeld	獲取鎖當(dāng)前是否已由任何線程占用。
IsHeldByCurrentThread	獲取鎖是否已由當(dāng)前線程占用。
IsThreadOwnerTrackingEnabled	獲取是否已為此實例啟用了線程所有權(quán)跟蹤。

方法：

方法	說明
Enter(Boolean)	采用可靠的方式獲取鎖，這樣，即使在方法調(diào)用中發(fā)生異常的情況下，都能采用可靠的方式檢查 `lockTaken` 以確定是否已獲取鎖。
Exit()	釋放鎖。
Exit(Boolean)	釋放鎖。
TryEnter(Boolean)	嘗試采用可靠的方式獲取鎖，這樣，即使在方法調(diào)用中發(fā)生異常的情況下，都能采用可靠的方式檢查 `lockTaken` 以確定是否已獲取鎖。
TryEnter(Int32, Boolean)	嘗試采用可靠的方式獲取鎖，這樣，即使在方法調(diào)用中發(fā)生異常的情況下，都能采用可靠的方式檢查 `lockTaken` 以確定是否已獲取鎖。
TryEnter(TimeSpan, Boolean)	嘗試采用可靠的方式獲取鎖，這樣，即使在方法調(diào)用中發(fā)生異常的情況下，都能采用可靠的方式檢查 `lockTaken` 以確定是否已獲取鎖。

示例

SpinLock 的模板如下：

        private static void DoWork()
        {
            SpinLock spinLock = new SpinLock();
            bool isGetLock = false;     // 是否已獲得了鎖
            try
            {
                spinLock.Enter(ref isGetLock);
                // 運算
            }
            finally
            {
                if (isGetLock)
                    spinLock.Exit();
            }
        }

這里就不寫場景示例了。

需要注意的是， SpinLock 實例不能共享，也不能重復(fù)使用。

等待性能對比

大佬的文章，.NET 中的多種鎖性能測試數(shù)據(jù)：http://kejser.org/synchronisation-in-net-part-3-spinlocks-and-interlocks/

這里我們簡單測試一下阻塞和自旋的性能測試對比。

我們經(jīng)常說，Thread.Sleep() 會發(fā)生上下文切換，出現(xiàn)比較大的性能損失。具體有多大呢？我們來測試一下。（以下運算都是在 Debug 下測試）

測試 Thread.Sleep(1)：

        private static void DoWork()
        {
            Stopwatch watch = new Stopwatch();
            watch.Start();
            for (int i = 0; i < 1_0000; i++)
            {
                Thread.Sleep(1);
            }
            watch.Stop();
            Console.WriteLine(watch.ElapsedMilliseconds);
        }

筆者機器測試，結(jié)果大約 20018。Thread.Sleep(1) 減去等待的時間 10000 毫秒，那么進行 10000 次上下文切換需要花費 10000 毫秒，約每次 1 毫秒。

上面示例改成：

            for (int i = 0; i < 1_0000; i++)
            {
                Thread.Sleep(2);
            }

運算，發(fā)現(xiàn)結(jié)果為 30013，也說明了上下文切換，大約需要一毫秒。

改成 Thread.SpinWait(1000)：

            for (int i = 0; i < 100_0000; i++)
            {
                Thread.SpinWait(1000);
            }

結(jié)果為 28876，說明自旋 1000 次，大約需要 0.03 毫秒。

到此這篇關(guān)于C#多線程系列之線程等待的文章就介紹到這了。希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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C#多線程系列之線程等待

目錄

前言

volatile 關(guān)鍵字

三種常用等待

再說自旋和阻塞

SpinWait 結(jié)構(gòu)

屬性和方法

自旋示例

新的實現(xiàn)

SpinLock 結(jié)構(gòu)

屬性和方法

示例

等待性能對比

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