【多线程笔记】原子操作-Interlocked
乐观锁与悲观锁：
众所周知锁有两种：乐观锁与悲观锁。独占锁是一种悲观锁，而 Lock 就是一种独占锁，Lock 会导致其它所有未持有锁的线程阻塞，而等待持有锁的线程释放锁。所谓乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止，这个过程叫自旋。而乐观锁用到的机制就是CAS。
使用乐观锁还是悲观锁
两种锁各有优缺点，不可认为一种好于另一种，像乐观锁适用于写比较少的情况下（多读场景），即冲突真的很少发生的时候，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的吞吐量。但如果是多写的情况，一般会经常发生冲突，这就会导致CAS算法会不断的进行retry，这样反倒是降低了性能，所以一般多写的场景下用悲观锁就比较合适。
CAS
CAS是一种有名的无锁算法。无锁编程，即不适用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有现成被阻塞的情况下实现变量的同步。
CAS在.NET中的实现类是Interlocked，内部提供很多原子操作的方法，最终都是调用Interlocked.CompareExchange()
说到线程安全，不要一下子就想到加锁，尤其是可能会调用频繁或者是要求高性能的场合。
为什么说CAS是乐观锁
乐观锁，严格来说并不是锁，通过原子性来保证数据的同步，比如说数据库的乐观锁，通过版本控制来实现，所以CAS不会保证线程同步。乐观的认为在数据更新期间没有其他线程影响。
CAS原理
CAS在硬件层面提升效率，多个语句原子操作不可分割。在intel的CPU中，使用cmpxchg指令。
CAS，是“Compare And Swap”的缩写，中文简称就是“比较并替换”，在CAS算法中，它使用了3个基本操作数：内存地址对应的值V，旧的预期值A（旧值），要修改的新值B（新值），当且仅当预期值A和内存值V相同时，才将内存值修改为B，否则什么都不做，最后返回现在的V值。
总结
- CAS（Compare And Swap）比较并替换，是线程并发运行时用到的一种技术
- CAS是原子操作，保证并发安全，而不能保证并发同步
- CAS是CPU的一个指令（需要JNI调用Native方法，才能调用CPU的指令）
- CAS是非阻塞的、轻量级的乐观锁
CAS的适用场景
读多写少：如果有大量的写操作，CPU开销可能会过大，因为冲突失败后会不断重试（自旋），这个过程中会消耗CPU
单个变量原子操作：CAS机制所保证的只是一个变量的原子操作，而不能保证整个代码块的原子性，比如需要保证三个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用悲观锁了
Interlocked
MSDN 描述：为多个线程共享的变量提供原子操作。主要函数如下：
Interlocked.Increment 原子操作，递增指定变量的值并存储结果。
Interlocked.Decrement 原子操作，递减指定变量的值并存储结果。
Interlocked.Add 原子操作，添加两个整数并用两者的和替换第一个整数
Interlocked.Exchange原子操作，赋值
Interlocked.CompareExchange(ref a, b, c); 原子操作，a参数和c参数比较， 相等b替换a，不相等不替换。方法返回值始终是第一个参数的原值，也就是内存里的值
Interlocked.Exchange方法
这个代码很简单，就做了2个事情，1是使用Interlocked.Exchange将_flag变量进行赋值。2是将Interlocked.Exchange操作后返回的原始值与_flag变量进行对比，如果相等说明这个变量已经被修改过了，表示这里是重入了。如果不是则说明第一次进入此方法。
private static int _flag;
public void ExactlyOnceMethod()
{
var original = Interlocked.Exchange(ref _flag, 1);
if (original == _flag)
{
// 1.重复进入
}
else
{
// 2.第一次进入
}
}
Interlocked.CompareExchange
使用CompareExchange方法实现Increment功能：
public static void Increment()
{
int init = 0, result = 0;
do
{
init = count;
result = init + 1;
}
//当init == count时, count=result;当init !=count时, count不变化;
while (init != Interlocked.CompareExchange(ref count, result, init));
}
测试：
static int count = 0;
static void Main(string[] args)
{
Action action = () =>
{
for (int i = 0; i < 50000; i++)
{
Increment();
}
};
var t1 = Task.Run(action);
var t2 = Task.Run(action);
Task.WaitAll(t1, t2);
Console.WriteLine(count);//线程安全，count结果等于100000
Console.ReadKey();
}
