并发修改 double[][] 元素而不加锁

Question

我有一个锯齿状的double[][] 数组，可以由多个线程同时修改。我想让它成为线程安全的，但如果可能的话，没有锁。线程很可能针对数组中的相同元素，这就是出现整个问题的原因。我找到了使用Interlocked.CompareExchange 方法以原子方式递增双精度值的代码：Why is there no overload of Interlocked.Add that accepts Doubles as parameters?

我的问题是：如果Interlocked.CompareExchange 中存在锯齿状数组引用，它会保持原子性吗？非常感谢您的见解。

举个例子：

    public class Example
    {
        double[][] items;

        public void AddToItem(int i, int j, double addendum)
        {
            double newCurrentValue = items[i][j];
            double currentValue;
            double newValue;
            SpinWait spin = new SpinWait();

            while (true) {
               currentValue = newCurrentValue;
               newValue = currentValue + addendum;
               // This is the step of which I am uncertain:
               newCurrentValue = Interlocked.CompareExchange(ref items[i][j], newValue, currentValue);
               if (newCurrentValue == currentValue) break;
               spin.SpinOnce();
            }
        }
    }

Answer 1

是的，它仍然是原子的和线程安全的。对同一单元格的任何调用都会将相同的地址传递给双精度。像它是否在一个对象的一个​​字段的数组中这样的细节是无关紧要的。

但是，这行：

double newCurrentValue = items[i][j];

不是原子的 - 理论上可能会给出一个撕裂的值（尤其是在 x86 上）。在这种情况下这实际上没问题，因为在撕裂值场景中，它只会命中循环，算作碰撞，然后重做 - 这次使用来自 CompareExchange 的已知原子值。

Answer 2

似乎您最终希望为数组项添加一些值。

我想只有值的更新（数组本身保持同一块内存）并且所有更新都是通过这个AddToItem方法完成的。
因此，您必须每次都读取更新的值（否则您会丢失其他线程所做的更改，或者陷入无限循环）。

public class Example
{
    double[][] items;

    public void AddToItem(int i, int j, double addendum)
    {
        var spin = new SpinWait();

        while (true)
        {
            var valueAtStart = Volatile.Read(ref items[i][j]);
            var newValue = valueAtStart + addendum;

            var oldValue = Interlocked.CompareExchange(ref items[i][j], newValue, valueAtStart);

            if (oldValue.Equals(valueAtStart))
                break;
            spin.SpinOnce();
        }
    }
}

请注意，我们必须使用一些 volatile 方法来读取items[i][j]。 Volatile.Read 用于避免 .NET 内存模型下允许的一些不需要的优化（请参阅 ECMA-334 和 ECMA-335 规范）。
由于我们以原子方式更新值（通过Interlocked.CompareExchange），因此通过Volatile.Read 读取items[i][j] 就足够了。

如果不是在这个方法中完成了对该数组的所有更改，那么最好编写一个循环，在该循环中创建数组的本地副本，修改它并更新对新数组的引用（使用Volatile.Read 和Interlocked.CompareExchange）