如何实现我自己的锁定机制

Question

对于一个任务（如果你想知道它是为了并发）——我必须实现我自己的锁

（更具体地说：一个 TaS、一个 TTas 和一个 Array-Lock，如“多处理器编程的艺术”中所述）

我尝试了一些在线测试输入和输出方案（可惜他们需要很长时间才能尝试）。

你的程序是计算通过某个测试的 9 位数字

（它在荷兰语中被称为 elfproef，我不知道英语等价，抱歉）。

有时我得到一个稍微不同的数字，这表明我的锁不能100% 正确。

我已经实现了这样的锁：

interface Lock
{
    void Lock();
    void Unlock();
}

class TaSLock : Lock
{
    AtomicBool state = new AtomicBool(false);

    void Lock.Lock()
    { while (state.getAndSet(true)); }

    void Lock.Unlock()
    { state.getAndSet(false); }
}

AtomicBool 是用integer 实现的，因为Interlocked 类没有对Boolean 变量的操作。这在内存使用方面并不是最佳的，但它对速度没有（或不应该）影响。

class AtomicBool
{
    int value;
    static int True = 1, False = -1;

    public AtomicBool(bool value)
    {
        if (value) this.value = True;
        else this.value = False;
    }

    public void set(bool newValue)
    {
        if (newValue) Interlocked.Exchange(ref value, True);
        else Interlocked.Exchange(ref value, False);
    }

    public bool getAndSet(bool newValue)
    {
        int oldValue;
        if (newValue) oldValue = Interlocked.Exchange(ref value, True);
        else oldValue = Interlocked.Exchange(ref value, False);
        return (oldValue == True);
    }

    public bool get()
    {
        return (Interlocked.Add(ref value, 0) == 1);
    }
}

现在在我刚刚使用的并行部分：

theLock.Lock();
counter++;
theLock.Unlock();

但每次我得到的结果都略有不同。

有什么明显的我做错了吗？

Answer 1

汉斯是对的。您的原子 get-and-set 布尔值似乎是正确的 - 事实上，在我看来，它似乎有点过度设计。并且锁似乎也正确，因为您已经为自己构建了一个可能非常低效的“自旋锁”。 （也就是说，所有等待的线程只是紧紧地坐在那里问“我可以走吗？我可以走吗？”而不是在轮到它们之前睡觉。）

不正确的是，您的锁不能保证任何两个都具有“counter”视图的线程具有 一致“counter”视图。两个线程可能在不同的处理器上，并且这些不同的处理器在它们的缓存中可能有不同的“计数器”副本。缓存的副本将被更新，并且只是偶尔写回主内存，因此实​​际上“丢失”了一些增加。

在 C# 中锁定的真正实现确保施加了一个完整的内存屏障，以便读取和写入不能“在时间上向前和向后”移动穿过围栏。这给了处理器一个提示，他们不需要那么聪明地缓存“计数器”。