C#编译器优化循环？答案

【问题标题】：C# Compiler Optimising Loop?C#编译器优化循环？
【发布时间】：2014-11-21 22:33:55
【问题描述】：

我正在尝试控制对对象的访问，以便在给定的时间跨度内只能访问一定次数。在我拥有的一个单元测试中，访问限制为每秒一次。所以 5 次访问应该只需要 4 秒多一点。但是，我们的 TFS 服务器上的测试失败了，只用了 2 秒。我的代码的精简版本在这里：

public class RateLimitedSessionStrippedDown<T>
{
    private readonly int _rateLimit;
    private readonly TimeSpan _rateLimitSpan;
    private readonly T _instance;
    private readonly object _lock;

    private DateTime _lastReset;
    private DateTime _lastUse;
    private int _retrievalsSinceLastReset;

    public RateLimitedSessionStrippedDown(int limitAmount, TimeSpan limitSpan, T instance )
    {
        _rateLimit = limitAmount;
        _rateLimitSpan = limitSpan;
        _lastUse = DateTime.UtcNow;
        _instance = instance;
        _lock = new object();
    }

    private void IncreaseRetrievalCount()
    {
        _retrievalsSinceLastReset++;
    }

    public T GetRateLimitedSession()
    {
        lock (_lock)
        {
            _lastUse = DateTime.UtcNow;

            Block();

            IncreaseRetrievalCount();

            return _instance;
        }
    }

    private void Block()
    {
        while (_retrievalsSinceLastReset >= _rateLimit &&
           _lastReset.Add(_rateLimitSpan) > DateTime.UtcNow)
        {
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromMilliseconds(10));
        }

        if (DateTime.UtcNow > _lastReset.Add(_rateLimitSpan))
        {
            _lastReset = DateTime.UtcNow;
            _retrievalsSinceLastReset = 0;
        }
    }
}

在我的计算机上运行时，无论是在调试还是发布中，它都可以正常工作。但是，一旦我提交到我们的 TFS 构建服务器，我的单元测试就会失败。这是测试：

    [Test]
    public void TestRateLimitOnePerSecond_AssertTakesAtLeastNMinusOneSeconds()
    {
        var rateLimiter = new RateLimitedSessionStrippedDown<object>(1, TimeSpan.FromSeconds(1), new object());

        DateTime start = DateTime.UtcNow;

        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            rateLimiter.GetRateLimitedSession();
        }

        DateTime end = DateTime.UtcNow;

        Assert.GreaterOrEqual(end.Subtract(start), TimeSpan.FromSeconds(4));
    }

我想知道测试中的循环是否正在以某种方式进行优化，即它在单独的线程（或类似的东西）上运行循环的每次迭代，这意味着测试完成得比它应该更快，因为只有 Thread.Sleep阻塞正在调用它的线程？

【问题讨论】：

代码有一些奇怪的地方——比如，我不明白为什么你有_lastUse，最好使用Stopwatch而不是DateTime.UtcNow来跟踪时间 - 但我没有看到任何可以解释问题的明显错误。唯一想到的是（因为您没有使用Stopwatch），如果系统时间由于某种原因未能更新，时钟时间将错误地测量实际经过的时间。这极不太可能与编译器优化有关，尤其是涉及线程的优化。
问问自己当_lastReset.Add(_rateLimitSpan) == DateTime.UtcNow 时会发生什么。此外，对于这个写得很好的代码，依赖_lastReset = default(DateTime) 初始化是奇怪和不透明的。此外，真正的代码不应该Sleep()。考虑等待 Waithandle 或其他东西。
此测试失败的一种不太可能但理论上绝对可能的方式是，如果在您运行测试时与时间服务器同步（并且您无法控制）。不过，如果这确实是问题所在，我会感到非常惊讶。
发生了一件非常奇怪的事情——我对同一个项目的另一部分进行了更改，提交了代码，并且所有测试都通过了。

标签： c# multithreading loops compiler-optimization

【解决方案1】：

您的问题在 Block 方法内部，现在我查看了 cmets，看来 Henk Holterman 已经提出了这个问题。

只有当_lastReset.Add(_rateLimitSpan) 和DateTime.UtcNow 相等时才会失败。这不会经常发生，因此它会间歇性地失败。解决方法是在这一行将 > 更改为 >=：

if (DateTime.UtcNow > _lastReset.Add(_rateLimitSpan))

这并不直观，除非您明白每次调用 DateTime.UtcNow 不一定每次调用都返回一个新值。

尽管DateTime.UtcNow 的精度高达100 纳秒，但其精度与精度并不相同。它依赖于机器的计时器间隔，范围为 1-15 毫秒，但通常设置为 15.25 毫秒，除非您正在使用多媒体。

您可以通过dotnetfiddle 看到这一点。除非您打开了将计时器设置为不同值（例如 1 毫秒）的程序，否则您会注意到滴答之间的差异约为 150000 滴答，大约 15 毫秒，或正常的系统计时器间隔。

我们还可以通过将对DateTime.UtcNow 的调用提升到临时变量中并在方法结束时比较它们来验证这一点：

    private void Block()
    {
        var first = DateTime.UtcNow;
        while (_retrievalsSinceLastReset >= _rateLimit &&
           _lastReset.Add(_rateLimitSpan) > first)
        {
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromMilliseconds(10));
            first = DateTime.UtcNow;
        }

        var second = DateTime.UtcNow;
        if (second > _lastReset.Add(_rateLimitSpan))
        {
            _lastReset = DateTime.UtcNow;
            _retrievalsSinceLastReset = 0;
        }

        if (first == second)
        {
            Console.WriteLine("DateTime.UtcNow returned same value");
        }
    }

在我的机器上，对Block 的所有五个调用都打印出DateTime.UtcNow 相等。

【讨论】：