本文介紹Interlocked類的使用，包括Read、Increment、Decrement和Add方法，適用于多線程環(huán)境安全操作變量，解決了非原子操作導(dǎo)致的線程安全問題，并提供示例代碼。

上一章我們了解了原子操作Interlocked類的設(shè)計(jì)原理及簡(jiǎn)單介紹，今天我們將對(duì)Interlocked的使用進(jìn)行詳細(xì)講解。

在此之前我們先學(xué)習(xí)一個(gè)概念——原子操作。

01、Read方法

該方法用于原子的讀取64位值，有分別針對(duì)long類型和ulong類型的兩個(gè)重載方法；

對(duì)于64位系統(tǒng)，64位數(shù)據(jù)類型的讀取本身就是原子操作；而對(duì)于32位系統(tǒng)，64位數(shù)據(jù)類型的讀取需要至少兩個(gè)原子指令，因此在32位系統(tǒng)可以通過Read方法對(duì)64位數(shù)據(jù)類型進(jìn)行原子讀取。

用法也很簡(jiǎn)單，示例如下：

private static long _readValue = 0;
public static void ReadRun()
{
    var thread = new Thread(ModifyReadValue);
    thread.Start();
    Thread.Sleep(100);
    var value = Interlocked.Read(ref _readValue);
    Console.WriteLine("原子讀取long類型變量: " + value);
}
static void ModifyReadValue()
{
    _readValue = 88;
    Console.WriteLine("修改long類型變量: " + _readValue);
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

因?yàn)橄到y(tǒng)環(huán)境原因無法模擬出32位系統(tǒng)效果，因此這里只是給了個(gè)簡(jiǎn)單使用示例。

02、Increment方法

該方法用于原子的遞增指定的變量，并返回遞增后的新值。該方法有4個(gè)重載方法，分別為long、ulong、int和uint四種數(shù)據(jù)類型；該方法適用于多線程環(huán)境中需要安全遞增變量的場(chǎng)景，如計(jì)數(shù)器、資源管理等。

對(duì)于加法操作，無論是i+1,還是i++或++i，都不是線程安全的，最終可能會(huì)生成3條CPU指令，整個(gè)操作過程大致如下：

1.將 i 的值加載到寄存器，即從內(nèi)存中讀取i；

2.將寄存器中值加1，即i值加1；

3.最后將寄存器中值回寫到i，即完成i值的變更；

而在這編碼層面為1行代碼，而CPU層面為3行指令的操作中，隨時(shí)都有可能被線程調(diào)度器打斷，而導(dǎo)致其他線程同時(shí)對(duì)i進(jìn)行操作，最終導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)條件，最后數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。

下面我們來舉個(gè)例子，啟動(dòng)100個(gè)線程，分別對(duì)一個(gè)共享變量進(jìn)行1000次遞增1，最后打印出共享變量，運(yùn)行這個(gè)示例9次觀察每次運(yùn)行結(jié)果，代碼如下：

private static long _incrementValue = 0;
public static void IncrementRun()
{
    //運(yùn)行9次測(cè)試，觀察每次結(jié)果
    for (var i = 1; i < 10; i++)
    {
        //啟動(dòng)100個(gè)線程，對(duì)變量進(jìn)行遞增
        var threads = new Thread[100];
        for (var j = 0; j < threads.Length; j++)
        {
            threads[j] = new Thread(ModifyIncrementValue);
            threads[j].Start();
        }
        //等待所有線程執(zhí)行完成
        foreach (var thread in threads)
        {
            thread.Join();
        }
        //最后打印結(jié)果
        Console.WriteLine($"第 {i} 運(yùn)行結(jié)果: {_incrementValue}");
        _incrementValue = 0;
    }
}
static void ModifyIncrementValue()
{
    for (var i = 0; i < 1000; i++)
    {
        ++_incrementValue;
    }
}

先看下執(zhí)行結(jié)果：

可以發(fā)現(xiàn)每次的運(yùn)行結(jié)果都不相同，并且結(jié)果也不對(duì)。這就是因?yàn)?+i操作并不是原子操作，是線程不安全的。

只需要把上面代碼：

++_incrementValue;

改為：

Interlocked.Increment(ref _incrementValue);

即可解決上面的問題，修改過后，我們?cè)賮砜纯磮?zhí)行結(jié)果：

03、Decrement方法

該方法用于原子的遞減指定的變量，并返回遞減后的新值。該方法同樣有4個(gè)重載方法，分別為long、ulong、int和uint四種數(shù)據(jù)類型；

該方法和Increment方法基本一樣，區(qū)別就是一個(gè)是遞增一個(gè)是遞減，因此用法可以直接參考Increment方法，這里就不做詳細(xì)講解了。

04、Add方法

該方法用于原子的對(duì)兩個(gè)變量求和，將第一個(gè)變量替換為兩者和，并返回操作后第一個(gè)變量的新值。該方法同樣有4個(gè)重載方法，分別為long、ulong、int和uint四種數(shù)據(jù)類型；

雖然這個(gè)方法叫求和是加法，但是只需要把第2個(gè)參數(shù)變?yōu)樨?fù)數(shù)，既可以實(shí)現(xiàn)減法。簡(jiǎn)單來說該方法可以實(shí)現(xiàn)原子的對(duì)兩個(gè)變量求和與求差。

上面Increment方法和Decrement方法，只能對(duì)變量每次進(jìn)行遞增遞減1，而能隨意加減，可以通過Add方法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變量進(jìn)行加減。

下面我們用代碼實(shí)現(xiàn)累加和累減示例用來說明Add使用方法，就不展示線程安全差異了，可以參考Increment方法中的示例，自己寫一個(gè)線程不安全的示例。

private static long _addValue = 0;
public static void AddRun()
{
    for (var j = 0; j < 1000; j++)
    {
        //_addValue =_ addValue + j;
        Interlocked.Add(ref _addValue, j);
    }
    Console.WriteLine($"累加結(jié)果: {_addValue}");
    _addValue = 0;
    for (var j = 0; j < 1000; j++)
    {
        //_addValue =_ addValue - j;
        Interlocked.Add(ref _addValue, -j);
    }
    Console.WriteLine($"累減結(jié)果: {_addValue}");
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

注：測(cè)試方法代碼以及示例源碼都已經(jīng)上傳至代碼庫，有興趣的可以看看。https://gitee.com/hugogoos/Planner