在 C# 中，“原子”是什么意思？

Question

我在 C# 6.0 and the .NET 4.6 framework 一书中读到了这一点：

“赋值和简单的算术运算不是原子的”。

那么，它到底是什么意思？

Answer 1

原子操作是不能在中途中断的操作，例如线程。以语句为例

_value++;

如果你有两个线程同时执行这段代码，起始值为0，你可能会有以下情况

• 线程 A 读取 _value, 0
• 线程 A 加 1, 1
• 线程 B 读取 _value, 0
• 线程 B 添加 1, 1
• 线程 A 分配给 _value, 1
• 线程 B 分配给 _value, 1

所以现在，即使我们调用了两次增量，_value 中的最终值是1，而不是预期的2。这是因为自增运算符不是原子的。

函数Interlocked.Increment，然而，是原子的，所以将上面的代码替换为

Interlocked.Increment(ref _value);

将解决给定的竞争条件。

编辑：作为词源学的一点，“原子”通常意味着“不可分割”——我们熟悉的化学术语是一个误称原子是不可分割的，只是为了后来的发现将它们进一步分解为亚原子、夸克和量子水平。

Answer 2

原子是不可分割的。原子操作是“不可分割”的操作，不能分割，例如中断。

微处理器不是按顺序执行的，也就是说，一条指令接一条指令，就像写在程序中一样。有外部对象，可以改变执行流程。中断就是一个很好的例子。

所以，您可能知道MOV 指令，它几乎适用于所有处理器。
想象一下它是由 CPU 执行的。一个 32 位的值被移动到一个 32 位的寄存器中。
现在，在移动了 16 位之后，就会发生中断请求。

• 原子MOV 指令不会停止，而是会执行到最后，然后 CPU 将处理中断
• 非原子的MOV 指令将立即停止并执行中断。问题是，如果中断访问了MOV写入的寄存器，内容不清楚，因为MOV操作只完成了一半！

现在，在普通处理器上，MOVs 在处理器字长上运行是原子的。如果处理器字为 16 位宽，则 16 位 MOV 指令将是原子的。
但是，32 位 MOV 操作不会是原子的。这种非原子的MOV 指令通常不是由指令集提供，而是由一些高级语言提供，例如C 的long long 或C# 的long。对这些数据类型的操作不保证是原子的！