无锁版以时间为GUID的方法

　　之前的博客 将时间作为GUID的方法 中，我使用了锁。我在实际的使用中，错将锁的释放放在了if语句中，这纯粹是我的失误，导致了很严重的错误。因此我在想是否有无锁的将时间作为GUID的方式，答案是使用Interlocked中的 CompareExchange方法，该方法是原子操作。说是无锁操作，其实就是让clr来保证操作的原子性，而不用自己写锁。没有锁，也就没有死锁的风险了（当然CLR也可能犯错，但是CLR犯错要比我犯错的概率低太多）。

　　我在 将时间作为GUID的方法 中介绍了，DateTime.Now提供不了ms级的时间，虽然时间的最小单位是ms，但是该时间的误差至少在100ms以上，因此当多线程同时调用DateTime.Now.ToString("yyyyMMddHHmmssfff")的时候，如果在100ms内同时并发，就会出现同样的结果，而GUID是不能相同的，因此需要对该方法进行简单的改造，从而保证同一进程内，多线程访问时，时间GUID的唯一性。有了之前死锁的教训，我决定不适用锁来实现。该方法的实现方式是一种乐观并发的模式，《CLR via C#》中多线程部分有介绍。我的想法是，既然DateTime.now有误差，我可以在后面添加一个数字，这个数字每次会+1，这样无论多少个线程访问，都不会重复。代码如下：

static int c = 0;
public static string GetTimeUtils()
{
    //这样做无法保证f的唯一性，因为其他线程在调用该方法时，有可能读取了相同的c，
    //从而f++得到相同结果//return DateTime.Now.ToString("yyyyMMddHHmmssfff") + c++;
    int f,z;
    do
    {
        f = c;
        z = f+1;
        if (z >= 9999) z = 0;
    }
    while (Interlocked.CompareExchange(ref c, z, f) != f);
    return DateTime.Now.ToString("yyyyMMddHHmmssfff") + f;
}

 　　先解释下Interlocked.CompareExchange方法，该方法是原子操作，意思是如果c==f，则c=z，然后返回c原来的值。将其放进while循环中，是为了保证f读取的c是最新的值。如果f读到的值不是最新的值，就表明这期间有其他线程对c++，这时就重新计算。这其实相当于一次“原子操作”，只不过，这个原子操作不是利用锁来获得的，而是利用线程执行间歇来恰巧获得的。这有点像自旋锁的意思，都有一个while循环。如果在执行期间有其他线程也对c++,那么重新来，直到找到了只有一个线程执行的间歇。这样解释下来，这个方法还真是很“乐观”。如果方法的执行时间较长，并发数较高，这样的间歇是非常不好找的，也就不适用这种无锁模式。该方法适合需要同步的代码量较小，执行时间非常短的情况。

　　总结一下，该方法的想法是将f=c++原子化，办法是找到多线程的间歇。

　　下面我们来验证一下该方法是否能够保证唯一性：

class Program
{
    static void Main(string[] args){
        for (int i = 0; i < 20; i++){
            ConcurrentBag<string> list = new ConcurrentBag<string>();
            TaskExtension.ParallelRun(9000, true, () => list.Add(Test.GetTimeUtils()))
                .Then(() => Console.WriteLine($"是否有重复？{list.Count() != list.Distinct().Count()}"));
        }           
        Console.Read();
    }
}
public static class TaskExtension
{
    public static Task[] ParallelRun(int runCount, bool start, Action action){
        var tasks = new Task[runCount];
        for (int i = 0; i < runCount; i++){
            tasks[i] = new Task(action);
            if (start) tasks[i].Start();
        }
        return tasks;
    }
    public static async Task Then(this Task[] t, Action action){
        await Task.WhenAll(t);
        action();
    }
}

　　可以看到，是否有重复，结果为false，证明不会产生重复。

　　我也对该方法和带锁的方法进行了对比，发现该方法和有锁版在性能上基本没有优势。我使用的是lock，该锁的后台实现是Monitor，是一个混合锁，在较短时间的时候，会先自旋，因此性能较好。但是一旦使用锁，就有被死锁的风险，而无锁版是不用担心这个问题的。也推荐大家去看看Interlocked中的方法，里面提供了一些简单的原子操作。

　　以上为实现以时间作为GUID的方法和测试代码，欢迎有疑问的小伙伴在评论区和我讨论。