Interlocked.Exchange有多安全？

Question

作为一个线程初始者，我正在尝试找到一种不需要锁定对象的方法来将任务加入线程池，以使其最大并行度为1。

这段代码能实现我的想法吗？

private int status;
private const int Idle = 0;
private const int Busy = 1;

private void Schedule()
{
    // only schedule if we idle
    // we become busy and get the old value to compare with
    // in an atomic way (?)
    if (Interlocked.Exchange(ref status, Busy) == Idle)
    {
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(Run);
    }
}

也就是说，以线程安全的方式在状态为 Idle 时将 Run 方法加入队列。

根据我的测试结果，这个方法似乎可以正常工作，但由于这不是我的专业领域，我不能确定。

- Roger Johansson

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假设Run()以线程安全的方式知道要选择哪个作业，那么这是可以的。你需要一个真正的锁来实现这一点。将其设置回空闲状态是更关键的操作，因为即使线程被中止，你也需要绝对确定它发生了，并且你可能希望立即启动另一个等待的作业。 - Hans Passant

谢谢，那我就走对了，run方法从ConcurrentQueue<T>中获取任务。 - Roger Johansson

Answer 1

是的，这将完成你想要的功能。它永远不会让您在实际状态为繁忙时得到空闲的返回值，并且它将在同一操作中将状态设置为繁忙，没有冲突的机会。到目前为止还不错。

然而，如果您后来使用了ConcurrentQueue<T>，为什么要这样做呢？为什么要使用线程池重复排队运行，而不是只有一个线程不断使用TryDequeue从并发队列中取数据？

事实上，有一个专门为此设计的生产者-消费者集合，即BlockingCollection<T>。您的消费线程将只调用Take（如有必要，使用取消令牌 - 可能是个好主意），如果有值，则返回该值，就像ConcurrentQueue<T>一样；或者如果没有可用的值，则阻止线程直到有东西可供取。当其他某个线程向集合添加项目时，它将通知所有具有数据的消费者（在您的情况下，不需要任何复杂的东西，因为您只有一个消费者）。

这意味着您只需要处理一个线程的启动和停止，该线程将运行一个“无限”循环，调用 col.Take，而生产者则调用 col.Add。

当然，这假定您已经有了 .NET 4.0+，但是再次说一遍，您可能已经有了，因为您正在使用 ConcurrentQueue<T>。

- Luaan

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我将任务加入线程池的原因是，这个线程池位于我的Actor库的邮箱类中，因此可能会有成千上万个邮箱同时处理消息，而且由于很多邮箱大部分时间都处于空闲状态，所以我使用线程池来调度那些实际上正在活动的邮箱。 - Roger Johansson

这就是我不使用BlockingCollection的原因，因为它是阻塞的。在我的情况下，我不能浪费线程资源。 - Roger Johansson

@RogerAlsing：我没有亲自尝试过，但如果使用未绑定容量的构造函数，它不应该阻止添加操作。在这种情况下，它应该作为ConcurrentQueue<T>的相对简单的包装器工作，后者本质上支持通知。总的来说，它不应该使用锁定（而是并发队列和阻塞集合都依赖于使用Interlocked的原子操作，就像您所做的那样），并且它不应该阻塞写入，只阻塞读取。但是，最终所有问题都归结为性能分析 :) - Luaan

@Luaan：你是正确的：一个无限制的BlockingCollection不会阻塞。 - ckuri