Gewusst wie: Synchronisierung auf niedriger Ebene mit SpinLock

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Das folgende Beispiel zeigt die Verwendung eines SpinLock. In diesem Beispiel ist der Arbeitsaufwand für den kritischen Abschnitt minimal, wodurch dieser zu einem guten Kandidaten für ein SpinLock wird. Durch geringfügige Erhöhung des Aufwands erhöht sich die Leistung des SpinLock im Vergleich zu einer Standardsperre. Ab einem bestimmten Punkt wird ein SpinLock jedoch aufwändiger als eine Standardsperre. Mit der neuen Parallelitätsprofilerstellungsfunktion in den Profilerstellungstools können Sie feststellen, welcher Sperrentyp in Ihrem Programm die bessere Leistung bietet. Weitere Informationen finden Sie unter Parallelitätsschnellansicht.


class SpinLockDemo2
{
    const int N = 100000;
    static Queue<Data> _queue = new Queue<Data>();
    static object _lock = new Object();
    static SpinLock _spinlock = new SpinLock();

    class Data
    {
        public string Name { get; set; }
        public double Number { get; set; }
    }
    static void Main(string[] args)
    {

        // First use a standard lock for comparison purposes.
        UseLock();
        _queue.Clear();
        UseSpinLock();

        Console.WriteLine("Press a key");
        Console.ReadKey();
    }

    private static void UpdateWithSpinLock(Data d, int i)
    {
        bool lockTaken = false;
        try
        {
            _spinlock.Enter(ref lockTaken);
            _queue.Enqueue( d );
        }
        finally
        {
            if (lockTaken) _spinlock.Exit(false);
        }
    }

    private static void UseSpinLock()
    {

          Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

          Parallel.Invoke(
                  () => {
                      for (int i = 0; i < N; i++)
                      {
                          UpdateWithSpinLock(new Data() { Name = i.ToString(), Number = i }, i);
                      }
                  },
                  () => {
                      for (int i = 0; i < N; i++)
                      {
                          UpdateWithSpinLock(new Data() { Name = i.ToString(), Number = i }, i);
                      }
                  }
              );
          sw.Stop();
          Console.WriteLine("elapsed ms with spinlock: {0}", sw.ElapsedMilliseconds);
    }

    static void UpdateWithLock(Data d, int i)
    {
        lock (_lock)
        {
            _queue.Enqueue(d);
        }
    }

    private static void UseLock()
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

        Parallel.Invoke(
                () => {
                    for (int i = 0; i < N; i++)
                    {
                        UpdateWithLock(new Data() { Name = i.ToString(), Number = i }, i);
                    }
                },
                () => {
                    for (int i = 0; i < N; i++)
                    {
                        UpdateWithLock(new Data() { Name = i.ToString(), Number = i }, i);
                    }
                }
            );
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("elapsed ms with lock: {0}", sw.ElapsedMilliseconds);
    }
}

Imports System.Threading
Imports System.Threading.Tasks

Class SpinLockDemo2

    Const N As Integer = 100000
    Shared _queue = New Queue(Of Data)()
    Shared _lock = New Object()
    Shared _spinlock = New SpinLock()

    Class Data
        Public Name As String
        Public Number As Double
    End Class
    Shared Sub Main()

        ' First use a standard lock for comparison purposes.
        UseLock()
        _queue.Clear()
        UseSpinLock()

        Console.WriteLine("Press a key")
        Console.ReadKey()

    End Sub

    Private Shared Sub UpdateWithSpinLock(ByVal d As Data, ByVal i As Integer)

        Dim lockTaken As Boolean = False
        Try
            _spinlock.Enter(lockTaken)
            _queue.Enqueue(d)
        Finally

            If lockTaken Then
                _spinlock.Exit(False)
            End If
        End Try
    End Sub

    Private Shared Sub UseSpinLock()


        Dim sw = Stopwatch.StartNew()

        Parallel.Invoke(
               Sub()
                   For i As Integer = 0 To N - 1
                       UpdateWithSpinLock(New Data() With {.Name = i.ToString(), .Number = i}, i)
                   Next
               End Sub,
                Sub()
                    For i As Integer = 0 To N - 1
                        UpdateWithSpinLock(New Data() With {.Name = i.ToString(), .Number = i}, i)
                    Next
                End Sub
            )
        sw.Stop()
        Console.WriteLine("elapsed ms with spinlock: {0}", sw.ElapsedMilliseconds)
    End Sub

    Shared Sub UpdateWithLock(ByVal d As Data, ByVal i As Integer)

        SyncLock (_lock)
            _queue.Enqueue(d)
        End SyncLock
    End Sub

    Private Shared Sub UseLock()

        Dim sw = Stopwatch.StartNew()

        Parallel.Invoke(
                Sub()
                    For i As Integer = 0 To N - 1
                        UpdateWithLock(New Data() With {.Name = i.ToString(), .Number = i}, i)
                    Next
                End Sub,
               Sub()
                   For i As Integer = 0 To N - 1
                       UpdateWithLock(New Data() With {.Name = i.ToString(), .Number = i}, i)
                   Next
               End Sub
                )
        sw.Stop()
        Console.WriteLine("elapsed ms with lock: {0}", sw.ElapsedMilliseconds)
    End Sub
End Class

SpinLock kann geeignet sein, wenn die Sperre einer freigegebenen Ressource nicht sehr lange gehalten werden soll. In solchen Fällen wird auf Multikerncomputern möglicherweise ein effizientes Verhalten erzielt, wenn der blockierte Thread einige Spinzyklen ausführt, bis die Sperre aufgehoben wird. Durch die Spinzyklen wird der Thread nicht blockiert, was zu einer hohen CPU-Auslastung führt. Unter bestimmten Bedingungen beendet SpinLock den Spinvorgang, um Ressourcenmangel (Starvation) logischer Prozessoren oder Prioritätsumkehrung in Systemen mit Hyperthreading zu verhindern.

In diesem Beispiel wird die System.Collections.Generic.Queue<T>-Klasse verwendet, die Benutzersynchronisierung für den Multithreadzugriff erfordert. Eine andere Option ist die Verwendung von System.Collections.Concurrent.ConcurrentQueue<T>, wofür keine Benutzersperren benötigt werden.

Beachten Sie die Verwendung von false im Aufruf von SpinLock.Exit. Dieser Ansatz bietet die beste Leistung. Geben Sie in IA64-Architekturen true an, um die Arbeitsspeichersperre zu verwenden. Diese leert die Schreibpuffer, um sicherzustellen, dass die Sperrung aufgehoben und wieder für andere Threads verfügbar ist.

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