前言
一般情况下，只要涉及到多线程编程，程序的复杂性就会显著上升，性能显著下降，BUG出现的概率大大提升。
多线程编程本意是将一段程序并行运行，提升数据处理能力，但是由于大部分情况下都涉及到共有资源的竞争，所以修改资源
对象时必须加锁处理。但是锁的实现有很多种方法，下面就来一起了解一下在C#语言中几种锁的实现与其性能表现。
一、c#下的几种锁的运用方式
1、临界区，通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。
1 private static object obj = new object();
2 private static int lockInt;
3 private static void LockIntAdd()
4 {
5 for (var i = 0; i < runTimes; i++)
6 {
7 lock (obj)
8 {
9 lockInt++;
10 }
11 }
12 }
你没看错，c#中的lock语法就是临界区(Monitor)的一个语法糖，这大概是90%以上的.net程序员首先想到的锁，不过大部分人都只是知道
有这么个语法，不知道其实是以临界区的方式处理资源竞争。
2、互斥量，为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。
c#中有一个Mutex类，就在System.Threading命名空间下，Mutex其实就是互斥量，互斥量不单单能处理多线程之间的资源竞争，还能处理
进程之间的资源竞争，功能是比较强大的，但是开销也很大，性能比较低。
1 private static Mutex mutex = new Mutex();
2 private static int mutexInt;
3 private static void MutexIntAdd()
4 {
5 for (var i = 0; i < runTimes; i++)
6 {
7 mutex.WaitOne();
8 mutexInt++;
9 mutex.ReleaseMutex();
10 }
11 }
3、信号量，为控制一个具有有限数量用户资源而设计。
1 private static Semaphore sema = new Semaphore(1, 1);
2 private static int semaphoreInt;
3 private static void SemaphoreIntAdd()
4 {
5 for (var i = 0; i < runTimes; i++)
6 {
7 sema.WaitOne();
8 semaphoreInt++;
9 sema.Release();
10 }
11 }
4、事 件：用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。
1 public static AutoResetEvent autoResetEvent = new AutoResetEvent(true);
2 private static int autoResetEventInt;
3 private static void AutoResetEventIntAdd()
4 {
5 for (var i = 0; i < runTimes; i++)
6 {
7 if (autoResetEvent.WaitOne())
8 {
9 autoResetEventInt++;
10 autoResetEvent.Set();
11 }
12 }
13 }
5、读写锁，这种锁允许在有其他程序正在写的情况下读取资源，所以如果资源允许脏读，用这个比较合适
1 private static ReaderWriterLockSlim LockSlim = new ReaderWriterLockSlim();
2 private static int lockSlimInt;
3 private static void LockSlimIntAdd()
4 {
5 for (var i = 0; i < runTimes; i++)
6 {
7 LockSlim.EnterWriteLock();
8 lockSlimInt++;
9 LockSlim.ExitWriteLock();
10 }
11 }
6、原子锁，通过原子操作Interlocked.CompareExchange实现“无锁”竞争
1 private static int isLock;
2 private static int ceInt;
3 private static void CEIntAdd()
4 {
5 //long tmp = 0;
6 for (var i = 0; i < runTimes; i++)
7 {
8 while (Interlocked.CompareExchange(ref isLock, 1, 0) == 1) { Thread.Sleep(1); }
9
10 ceInt++;
11 Interlocked.Exchange(ref isLock, 0);
12 }
13 }
7、原子性操作，这是一种特例，野外原子性操作本身天生线程安全，所以无需加锁
1 private static int atomicInt;
2 private static void AtomicIntAdd()
3 {
4 for (var i = 0; i < runTimes; i++)
5 {
6 Interlocked.Increment(ref atomicInt);
7 }
8 }
8、不加锁，如果不加锁，那多线程下运行结果肯定是错的，这里贴上来比较一下性能
1 private static int noLockInt;
2 private static void NoLockIntAdd()
3 {
4 for (var i = 0; i < runTimes; i++)
5 {
6 noLockInt++;
7 }
8 }
二、性能测试
1、测试代码，执行1000，10000，100000，1000000次
1 private static void Run()
2 {
3 var stopwatch = new Stopwatch();
4 var taskList = new Task[loopTimes];
5
6 // 多线程
7 Console.WriteLine();
8 Console.WriteLine($" 线程数:{loopTimes}");
9 Console.WriteLine($" 执行次数:{runTimes}");
10 Console.WriteLine($" 校验值应等于:{runTimes * loopTimes}");
11
12 // AtomicIntAdd
13 stopwatch.Restart();
14 for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
15 {
16 taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { AtomicIntAdd(); });
17 }
18 Task.WaitAll(taskList);
19 Console.WriteLine($"{GetFormat("AtomicIntAdd")}, 总耗时:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校验值:{atomicInt}");
20
21 // CEIntAdd
22 taskList = new Task[loopTimes];
23 stopwatch.Restart();
24
25 for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
26 {
27 taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { CEIntAdd(); });
28 }
29 Task.WaitAll(taskList);
30 Console.WriteLine($"{GetFormat("CEIntAdd")}, 总耗时:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校验值:{ceInt}");
31
32 // LockIntAdd
33 taskList = new Task[loopTimes];
34 stopwatch.Restart();
35
36 for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
37 {
38 taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { LockIntAdd(); });
39 }
40 Task.WaitAll(taskList);
41 Console.WriteLine($"{GetFormat("LockIntAdd")}, 总耗时:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校验值:{lockInt}");
42
43 // MutexIntAdd
44 taskList = new Task[loopTimes];
45 stopwatch.Restart();
46
47 for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
48 {
49 taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { MutexIntAdd(); });
50 }
51 Task.WaitAll(taskList);
52 Console.WriteLine($"{GetFormat("MutexIntAdd")}, 总耗时:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校验值:{mutexInt}");
53
54 // LockSlimIntAdd
55 taskList = new Task[loopTimes];
56 stopwatch.Restart();
57
58 for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
59 {
60 taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { LockSlimIntAdd(); });
61 }
62 Task.WaitAll(taskList);
63 Console.WriteLine($"{GetFormat("LockSlimIntAdd")}, 总耗时:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校验值:{lockSlimInt}");
64
65 // SemaphoreIntAdd
66 taskList = new Task[loopTimes];
67 stopwatch.Restart();
68
69 for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
70 {
71 taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { SemaphoreIntAdd(); });
72 }
73 Task.WaitAll(taskList);
74 Console.WriteLine($"{GetFormat("SemaphoreIntAdd")}, 总耗时:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校验值:{semaphoreInt}");
75
76
77 // AutoResetEventIntAdd
78 taskList = new Task[loopTimes];
79 stopwatch.Restart();
80
81 for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
82 {
83 taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { AutoResetEventIntAdd(); });
84 }
85 Task.WaitAll(taskList);
86 Console.WriteLine($"{GetFormat("AutoResetEventIntAdd")}, 总耗时:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校验值:{autoResetEventInt}");
87
88 // NoLockIntAdd
89 taskList = new Task[loopTimes];
90 stopwatch.Restart();
91
92 for (var i = 0; i < loopTimes; i++)
93 {
94 taskList[i] = Task.Factory.StartNew(() => { NoLockIntAdd(); });
95 }
96 Task.WaitAll(taskList);
97 Console.WriteLine($"{GetFormat("NoLockIntAdd")}, 总耗时:{stopwatch.ElapsedMilliseconds}毫秒, 校验值:{noLockInt}");
98 Console.WriteLine();
99 }
2、线程：10
3、线程：50
三、总结
1）在各种测试中，不加锁肯定是最快的，所以尽量避免资源竞争导致加锁运行
2）在多线程中Interlocked.CompareExchange始终表现出优越的性能，排在第二位
3）第三位lock，临界区也表现出很好的性能，所以在别人说lock性能低的时候请反驳他
4）第四位是原子性变量（Atomic）操作，不过目前只支持变量的自增自减，适用性不强
5）第五位读写锁（ReaderWriterLockSlim）表现也还可以，并且支持无所读，实用性还是比较好的
6）剩下的信号量、事件、互斥量，这三种性能最差，当然他们有各自的适用范围，只是在处理资源竞争这方面表现不好
over，就这样吧，睡觉。。。
原文地址：https://www.cnblogs.com/lanxiaoke/p/11349148.html
时间： 2024-08-02 11:36:22