方法: 下位レベルの同期に SpinLock を使用する

  • [アーティクル]

SpinLock の使用例を以下に示します。 この例では、クリティカル セクションが実行する作業量は最小限であるため、SpinLock に適しています。 作業量を少し増やすと、標準ロックと比較して SpinLock のパフォーマンスは高まります。 ただし、SpinLock が標準ロックよりも高負荷になるポイントがあります。 プロファイリング ツールでコンカレンシープロファイリング機能を使用して、どのタイプのロックを使用すればプログラムのパフォーマンスが高まるかを確認できます。 詳細については、「コンカレンシー ビジュアライザー」を参照してください。


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 は、共有リソースのロックが非常に長い期間使用されない場合に有用なことがあります。 そのような場合、マルチコア コンピューターでは、ロックが解除されるまで数回のサイクルの間、ブロックされたスレッドをスピンさせると効率が高まることがあります。 スピンするとスレッドはブロックされなくなりますが、これは CPU 負荷の高いプロセスです。 ハイパースレッディングを使用するシステムでは、SpinLock は特定の状況でスピンを停止して、論理プロセッサの不足や優先順位の逆転が発生するのを回避します。

この例では、System.Collections.Generic.Queue<T> クラスを使用するため、マルチスレッド アクセスにはユーザーによる同期が必要になります。 別の選択肢としては System.Collections.Concurrent.ConcurrentQueue<T> を使用します。その場合、ユーザー ロックは不要です。

SpinLock.Exit の呼び出しに false が使用されていることに注目してください。 これにより、最適なパフォーマンスを得られます。 メモリ フェンスを使用するには、IA64 アーキテクチャで true を指定します。これにより、書き込みバッファーがフラッシュされるので、ロックを使用して他のスレッドを確実に入力できるようになります。

参照