深入多线程之:深入分析Interlocked

介绍

多线程编程中，线程间的数据共享是必不可少的。但是，由于线程间数据的竞争，可能会存在数据异常的情况。而Interlocked类提供了一些原子性的操作，避免了竞争，从而保证线程间数据的准确性。

Interlocked 类及其方法

Interlocked 类的定义为：用于在多个线程之间提供原子操作的方法。

Interlocked 类提供了以下方法：

• Interlocked.Increment：执行一个原子加操作，并将结果存储到一个指定的位置。
• Interlocked.Decrement：执行一个原子减操作，并将结果存储到一个指定的位置。
• Interlocked.Exchange：使用新值替换指定位置的旧值，返回旧值。
• Interlocked.CompareExchange：比较位置和第一个值，如果相等，则用第二个值替换位置上的值。

示例1: Interlocked.Increment

假设现在有三个线程A、B和C，它们需要对一个共享的计数器进行累加操作。如果不使用Interlocked，会出现以下情况：

1. A和B同时读取计数器的值为1，然后A对计数器加1并将结果写回，计数器变为2；
2. C读取计数器的值为1（上次读的结果），并将计数器加1并写回，计数器变为2；
3. B将计数器加1并写回，计数器变为3。

这样计数器的值不是我们期望的，而使用Interlocked.Increment可以避免这种情况的发生。

以下是示例代码：

using System.Threading;

class Program
{
    static int count = 0;

    static void Main(string[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 3; i++)
        {
            new Thread(() =>
            {
                for (int j = 0; j < 10000; j++)
                {
                    Interlocked.Increment(ref count);
                }
            }).Start();
        }

        Thread.Sleep(500);

        Console.WriteLine(count);
    }
}

上述代码中，每个线程执行10000次的计数器累加，最终输出的计数值应该是30000。运行代码，输出结果确实为30000。

示例2: Interlocked.CompareExchange

假设现在有三个线程A、B和C，它们需要争取对一个共享的变量进行赋值操作，如下所示：

using System.Threading;

class Program
{
    static int value = 0;

    static void Main(string[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 3; i++)
        {
            new Thread(() =>
            {
                int expected = 0;
                int newValue = 1;

                while (!Interlocked.CompareExchange(ref value, newValue, expected))
                {
                    expected = 0;
                }
            }).Start();
        }

        Thread.Sleep(500);

        Console.WriteLine(value);
    }
}

上述代码中，每个线程都将变量value值改为1，但是只有一个线程能够成功，其余线程将会失败。最终输出的变量值为1。

结论

Interlocked类提供了一些原子性的操作，避免了多线程之间的竞争，从而保证线程间数据的准确性。使用Interlocked类可以避免访问共享变量时发生的数据异常情况。