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无锁版以时间为GUID的方法

程序员文章站 2022-12-10 12:14:29
之前的博客 将时间作为GUID的方法 中,我使用了锁。我在实际的使用中,错将锁的释放放在了if语句中,这纯粹是我的失误,导致了很严重的错误。因此我在想是否有无锁的将时间作为GUID的方式,答案是使用Interlocked中的 CompareExchange方法,该方法是原子操作。说是无锁操作,其实就 ......

  之前的博客 将时间作为guid的方法 中,我使用了锁。我在实际的使用中,错将锁的释放放在了if语句中,这纯粹是我的失误,导致了很严重的错误。因此我在想是否有无锁的将时间作为guid的方式,答案是使用interlocked中的 compareexchange方法,该方法是原子操作。说是无锁操作,其实就是让clr来保证操作的原子性,而不用自己写锁。没有锁,也就没有死锁的风险了(当然clr也可能犯错,但是clr犯错要比我犯错的概率低太多)。

  我在 将时间作为guid的方法 中介绍了,datetime.now提供不了ms级的时间,虽然时间的最小单位是ms,但是该时间的误差至少在100ms以上,因此当多线程同时调用datetime.now.tostring("yyyymmddhhmmssfff")的时候,如果在100ms内同时并发,就会出现同样的结果,而guid是不能相同的,因此需要对该方法进行简单的改造,从而保证同一进程内,多线程访问时,时间guid的唯一性。有了之前死锁的教训,我决定不适用锁来实现。该方法的实现方式是一种乐观并发的模式,《clr via c#》中多线程部分有介绍。我的想法是,既然datetime.now有误差,我可以在后面添加一个数字,这个数字每次会+1,这样无论多少个线程访问,都不会重复。代码如下:

static int c = 0;
public static string gettimeutils()
{
    //这样做无法保证f的唯一性,因为其他线程在调用该方法时,有可能读取了相同的c,
    //从而f++得到相同结果//return datetime.now.tostring("yyyymmddhhmmssfff") + c++;
    int f,z;
    do
    {
        f = c;
        z = f+1;
        if (z >= 9999) z = 0;
    }
    while (interlocked.compareexchange(ref c, z, f) != f);
    return datetime.now.tostring("yyyymmddhhmmssfff") + f;
}

   先解释下interlocked.compareexchange方法,该方法是原子操作,意思是如果c==f,则c=z,然后返回c原来的值。将其放进while循环中,是为了保证f读取的c是最新的值。如果f读到的值不是最新的值,就表明这期间有其他线程对c++,这时就重新计算。这其实相当于一次“原子操作”,只不过,这个原子操作不是利用锁来获得的,而是利用线程执行间歇来恰巧获得的。这有点像自旋锁的意思,都有一个while循环。如果在执行期间有其他线程也对c++,那么重新来,直到找到了只有一个线程执行的间歇。这样解释下来,这个方法还真是很“乐观”。如果方法的执行时间较长,并发数较高,这样的间歇是非常不好找的,也就不适用这种无锁模式。该方法适合需要同步的代码量较小,执行时间非常短的情况。

  总结一下,该方法的想法是将f=c++原子化,办法是找到多线程的间歇。

  下面我们来验证一下该方法是否能够保证唯一性:

class program
{
    static void main(string[] args){
        for (int i = 0; i < 20; i++){
            concurrentbag<string> list = new concurrentbag<string>();
            taskextension.parallelrun(9000, true, () => list.add(test.gettimeutils()))
                .then(() => console.writeline($"是否有重复?{list.count() != list.distinct().count()}"));
        }           
        console.read();
    }
}
public static class taskextension
{
    public static task[] parallelrun(int runcount, bool start, action action){
        var tasks = new task[runcount];
        for (int i = 0; i < runcount; i++){
            tasks[i] = new task(action);
            if (start) tasks[i].start();
        }
        return tasks;
    }
    public static async task then(this task[] t, action action){
        await task.whenall(t);
        action();
    }
}

  可以看到,是否有重复,结果为false,证明不会产生重复。

  我也对该方法和带锁的方法进行了对比,发现该方法和有锁版在性能上基本没有优势。我使用的是lock,该锁的后台实现是monitor,是一个混合锁,在较短时间的时候,会先自旋,因此性能较好。但是一旦使用锁,就有被死锁的风险,而无锁版是不用担心这个问题的。也推荐大家去看看interlocked中的方法,里面提供了一些简单的原子操作。

  以上为实现以时间作为guid的方法和测试代码,欢迎有疑问的小伙伴在评论区和我讨论。