Multithreading 交换缓冲区对并发访问的影响

考虑一个有两个线程的应用程序，生产者和消费者

两个线程的运行频率大致相同，一秒钟内运行多次

两个线程都访问同一个内存区域，其中生产者写入内存，消费者读取当前数据块并对其执行操作，而不会使数据无效

一个经典的方法是：

int[]共享数据；
//线程生成器经常调用
无效写值（int[]数据）
{
锁（共享数据）
{
复制（数据、共享数据、长度）；
}
}
//线程使用者经常调用
void WriteValues（）
{
int[]数据；
锁（共享数据）
{
复制（共享数据、数据、长度）；
}
剂量测定（数据）；
}

如果我们假设

Array.Copy

需要时间，那么这段代码会运行得很慢，因为生产者在复制过程中总是要等待消费者，反之亦然

解决此问题的一种方法是创建两个缓冲区，一个由使用者访问，另一个由生产者写入，并在写入完成后交换缓冲区

int[]frontBuffer；
int[]backBuffer；
//线程生成器经常调用
无效写值（int[]数据）
{
锁（后缓冲）
{
Array.Copy（数据、backBuffer、长度）；
int[]temp=frontBuffer；
前缓冲区=后缓冲区；
backBuffer=温度；
}
}
//线程使用者经常调用
void WriteValues（）
{
int[]数据；
int[]currentFrontBuffer=frontBuffer；
锁定（currentForntBuffer）
{
复制（currentFrontBuffer、数据、长度）；
}
剂量测定法（currentForntBuffer）；
}

现在，我的问题是：

如第二个示例所示，锁定是否安全？还是参考文献的变更会带来问题

第二个示例中的代码执行速度会比第一个示例中的代码快吗

有没有更好的方法来有效地解决上述问题

有没有办法不用锁解决这个问题？（即使我认为这是不可能的）

注意：这不是典型的生产者/消费者问题：消费者可以在生产者再次写入之前多次读取值-在生产者写入新数据之前，旧数据保持有效

如第二个示例所示，锁定是否安全？还是参考文献的变更会带来问题

据我所知，因为引用赋值是原子的，所以这可能是安全的，但并不理想。由于

WriteValues（）

方法从

frontBuffer

读取数据时没有强制缓存刷新的锁或内存屏障，因此无法保证该变量将使用主内存中的新值进行更新。然后可能会从本地寄存器或CPU缓存中连续读取该实例的过时缓存值。我不确定编译器/JIT是否会根据局部变量推断缓存刷新，也许有更具体的知识的人可以在这方面发言

即使这些值没有过时，您也可能会遇到比您希望的更多的争用。例如

• 线程A调用

  writeValue（）

• 线程A在

  frontBuffer

  中锁定实例并开始复制
• 线程B调用

  writeValue（int[]）

• 线程B写入数据，将当前锁定的

  frontBuffer

  实例移动到

  backBuffer

  中
• 线程B调用

  writeValue（int[]）

• 线程B等待

  backBuffer

  的锁，因为线程A仍然拥有它

第二个示例中的代码执行速度会比第一个示例中的代码快吗

我建议你对它进行分析并找出答案。只有当Y对你的特殊需求来说太慢时，X比Y快才重要，而你是唯一知道这些需求的人

有没有更好的方法来有效地解决上述问题

对。如果您使用的是.Net 4及更高版本，则System.Collections.Concurrent中有一个BlockingCollection类型，可以很好地模拟生产者/消费者模式。如果你一直读的比你写的多，或者有多个读者很少的作家，你可能也想考虑RealeWrrordLoSLLM类。作为一般的经验法则，您应该尽可能少地在锁内执行操作，这也将有助于缓解您的时间问题

有没有办法不用锁解决这个问题？（即使我认为这是不可能的）

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您可能能够，但我不建议您尝试，除非您非常熟悉多线程、缓存一致性和潜在的编译器/JIT优化。锁定很可能适合您的情况，您（以及其他阅读您的代码的人）可以更轻松地进行推理和维护。

谢谢您的回答。首先，我向你保证，我的问题是假设性的。我知道正确锁定的好处，不想做坏事。然而，我对第二个示例中的代码不安全的说法感到好奇。你能告诉我，在代码中的什么地方，在什么情况下可能会发生不安全的操作吗？@Emiswelt哎呀，我看代码时脑子里有Friday，但看得不够仔细。我已经更新了我的答案，以解决我看到的问题。谢谢。我没想到你说的点心问题。