无锁版以时间为GUID的方法
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 = ;
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+;
if (z >= ) z = ;
}
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 = ; i < ; i++){
ConcurrentBag<string> list = new ConcurrentBag<string>();
TaskExtension.ParallelRun(, 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 = ; 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。
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