重新想象 Windows 8 Store Apps (48) - 多线程之其他辅助类: SpinWait, SpinLock, Volatile, SynchronizationContext, CoreDispatcher, ThreadLocal, ThreadStaticAttribute

2021-12-29 22:36:48

原文:重新想象 Windows 8 Store Apps (48) - 多线程之其他辅助类: SpinWait, SpinLock, Volatile, SynchronizationContext, CoreDispatcher, ThreadLocal, ThreadStaticAttribute

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作者：webabcd

介绍
重新想象 Windows 8 Store Apps 之多线程操作的其他辅助类

SpinWait - 自旋等待
SpinLock - 自旋锁
volatile - 必在内存
SynchronizationContext - 在指定的线程上同步数据
CoreDispatcher - 调度器，用于线程同步
ThreadLocal - 用于保存每个线程自己的数据
ThreadStaticAttribute - 所指定的静态变量对每个线程都是唯一的

示例
1、演示 SpinWait 的使用
Thread/Other/SpinWaitDemo.xaml.cs

/*
 * SpinWait - 自旋等待，一个低级别的同步类型。它不会放弃任何 cpu 时间，而是让 cpu 不停的循环等待
 * 
 * 适用场景：多核 cpu ，预期等待时间非常短（几微秒）
 * 本例只是用于描述 SpinWait 的用法，而不代表适用场景
 */

using System;
using System.Threading;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Other
{
    public sealed partial class SpinWaitDemo : Page
    {
        public SpinWaitDemo()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            lblMsg.Text = DateTime.Now.ToString("mm:ss.fff");

            SpinWait.SpinUntil(
                () =>  // 以下条件成立时，结束等待
                {
                    return false;
                }
                // 如果此超时时间过后指定的条件还未成立，则强制结束等待
                ,1000);

            lblMsg.Text += Environment.NewLine;
            lblMsg.Text += DateTime.Now.ToString("mm:ss.fff");

            SpinWait.SpinUntil(
                () => // 以下条件成立时，结束等待
                {
                    return DateTime.Now.Second % 2 == 0;
                });

            lblMsg.Text += Environment.NewLine;
            lblMsg.Text += DateTime.Now.ToString("mm:ss.fff");
        }
    }
}

2、演示 SpinLock 的使用
Thread/Other/SpinLockDemo.xaml.cs

/*
 * SpinLock - 自旋锁，一个低级别的互斥锁。它不会放弃任何 cpu 时间，而是让 cpu 不停的循环等待，直至锁变为可用为止
 * 
 * 适用场景：多核 cpu ，预期等待时间非常短（几微秒）
 * 本例只是用于描述 SpinLock 的用法，而不代表适用场景
 */

using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Other
{
    public sealed partial class SpinLockDemo : Page
    {
        private static int _count;

        public SpinLockDemo()
        {
            this.InitializeComponent();
        }

        protected async override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            SpinLock spinLock = new SpinLock();

            List<Task> tasks = new List<Task>();

            // 一共 100 个任务并行执行，每个任务均累加同一个静态变量 100000 次，以模拟并发访问静态变量的场景
            for (int i = 0; i < 100; i++)
            {
                Task task = Task.Run(
                    () =>
                    {
                        bool lockTaken = false;

                        try
                        {
                            // IsHeld - 锁当前是否已由任何线程占用
                            // IsHeldByCurrentThread - 锁是否由当前线程占用
                            //     要获取 IsHeldByCurrentThread 属性，则 IsThreadOwnerTrackingEnabled 必须为 true，可以在构造函数中指定，默认就是 true

                            // 进入锁，lockTaken - 是否已获取到锁
                            spinLock.Enter(ref lockTaken);

                            for (int j = 0; j < 100000; j++)
                            {
                                _count++;
                            }
                        }
                        finally
                        {
                            // 释放锁
                            if (lockTaken)
                                spinLock.Exit();
                        }
                    });

                tasks.Add(task);
            }

            // 等待所有任务执行完毕
            await Task.WhenAll(tasks);

            lblMsg.Text = "count: " + _count.ToString();
        }
    }
}

3、演示 volatile 的使用
Thread/Other/VolatileDemo.xaml

<Page
    x:Class="XamlDemo.Thread.Other.VolatileDemo"
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    xmlns:local="using:XamlDemo.Thread.Other"
    xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
    xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
    mc:Ignorable="d">

    <Grid Background="Transparent">
        <StackPanel Margin="120 0 0 0">

            <TextBlock FontSize="14.667" LineHeight="20">
                <Run>如果编译器认为某字段无外部修改，则为了优化会将其放入寄存器</Run>
                <LineBreak />
                <Run>标记为 volatile 的字段，则必然会被放进内存</Run>
                <LineBreak />
                <Run>编写 Windows Store Apps 后台任务类的时候，如果某个字段会被后台任务的调用者修改的话，就要将其标记为 volatile，因为这种情况下编译器会认为此字段无外部修改</Run>
            </TextBlock>

        </StackPanel>
    </Grid>
</Page>

4、演示 SynchronizationContext 的使用
Thread/Other/SynchronizationContextDemo.xaml.cs

/*
 * SynchronizationContext - 在指定的线程上同步数据
 *     Current - 获取当前线程的 SynchronizationContext 对象
 *     Post(SendOrPostCallback d, object state) - 同步数据到此 SynchronizationContext 所关联的线程上
 */

using System;
using Windows.System.Threading;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Other
{
    public sealed partial class SynchronizationContextDemo : Page
    {
        System.Threading.SynchronizationContext _syncContext;

        public SynchronizationContextDemo()
        {
            this.InitializeComponent();

            // 获取当前线程，即 UI 线程
            _syncContext = System.Threading.SynchronizationContext.Current;

            ThreadPoolTimer.CreatePeriodicTimer(
               (timer) =>
               {
                   // 在指定的线程（UI 线程）上同步数据
                   _syncContext.Post(
                       (ctx) =>
                       {
                           lblMsg.Text = DateTime.Now.ToString("mm:ss.fff");
                       },
                       null);
               },
               TimeSpan.FromMilliseconds(100));
        }
    }
}

5、演示 CoreDispatcher 的使用
Thread/Other/CoreDispatcherDemo.xaml.cs

/*
 * CoreDispatcher - 调度器，用于线程同步
 */

using System;
using Windows.System.Threading;
using Windows.UI.Core;
using Windows.UI.Xaml;
using Windows.UI.Xaml.Controls;

namespace XamlDemo.Thread.Other
{
    public sealed partial class CoreDispatcherDemo : Page
    {
        public CoreDispatcherDemo()
        {
            this.InitializeComponent();

            // 获取 UI 线程的 CoreDispatcher
            CoreDispatcher dispatcher = Window.Current.Dispatcher;

            ThreadPoolTimer.CreatePeriodicTimer(
               (timer) =>
               {
                   // 通过 CoreDispatcher 同步数据
                   // var ignored = this.Dispatcher.RunAsync(CoreDispatcherPriority.Normal,
                   var ignored = dispatcher.RunAsync(CoreDispatcherPriority.Normal,
                       () =>
                       {
                           lblMsg.Text = DateTime.Now.ToString("mm:ss.fff");
                       });
               },
               TimeSpan.FromMilliseconds(100));
        }
    }
}

6、演示 ThreadLocal 的使用
Thread/Other/ThreadLocalDemo.xaml.cs

/*
 * ThreadLocal<T> - 用于保存每个线程自己的数据，T - 需要保存的数据的数据类型
 *     ThreadLocal(Func<T> valueFactory, bool trackAllValues) - 构造函数
 *         valueFactory - 指定当前线程个性化数据的初始值
 *         trackAllValues - 是否需要获取所有线程的个性化数据
 *     T Value - 当前线程的个性化数据
 *     IList<T> Values - 获取所有线程的个性化数据（trackAllValues == true 才能获取）
 *     
 * 
 * 注：ThreadStaticAttribute 与 ThreadLocal<T> 的作用差不多
 */

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Other
{
    public sealed partial class ThreadLocalDemo : Page
    {
        System.Threading.SynchronizationContext _syncContext;

        public ThreadLocalDemo()
        {
            this.InitializeComponent();

            // 获取当前线程，即 UI 线程
            _syncContext = System.Threading.SynchronizationContext.Current;
        }

        protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            ThreadLocal<string> localThread = new ThreadLocal<string>(
                () => "ui thread webabcd", // ui 线程的个性化数据
                false);

            Task.Run(() =>
            {
                // 此任务的个性化数据
                localThread.Value = "thread 1 webabcd";

                _syncContext.Post((ctx) =>
                {
                    lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                    lblMsg.Text += ctx.ToString();
                },
                localThread.Value);
            });

            Task.Run(() =>
            {
                // 此任务的个性化数据
                localThread.Value = "thread 2 webabcd";

                _syncContext.Post((ctx) =>
                {
                    lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                    lblMsg.Text += ctx.ToString();
                },
                localThread.Value);
            });

            lblMsg.Text += localThread.Value;
        }
    }
}

7、演示 ThreadStaticAttribute 的使用
Thread/Other/ThreadStaticAttributeDemo.xaml.cs

/*
 * ThreadStaticAttribute - 所指定的静态变量对每个线程都是唯一的
 * 
 * 
 * 注：ThreadStaticAttribute 与 ThreadLocal<T> 的作用差不多
 */

using System;
using System.Threading.Tasks;
using Windows.UI.Xaml.Controls;
using Windows.UI.Xaml.Navigation;

namespace XamlDemo.Thread.Other
{
    public sealed partial class ThreadStaticAttributeDemo : Page
    {
        // 此静态变量对每个线程都是唯一的
        [ThreadStatic]
        private static int _testValue = 0;

        System.Threading.SynchronizationContext _syncContext;

        public ThreadStaticAttributeDemo()
        {
            this.InitializeComponent();

            // 获取当前线程，即 UI 线程
            _syncContext = System.Threading.SynchronizationContext.Current;
        }

        protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e)
        {
            Task.Run(() =>
            {
                _testValue = 10;

                _syncContext.Post((testValue) =>
                {
                    lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                    // 此 Task 上的 _testValue 的值
                    lblMsg.Text += "thread 1 testValue: " + testValue.ToString();
                },
                _testValue);
            });

            Task.Run(() =>
            {
                _testValue = 100;

                _syncContext.Post((testValue) =>
                {
                    lblMsg.Text += Environment.NewLine;
                    // 此 Task 上的 _testValue 的值
                    lblMsg.Text += "thread 2 testValue: " + testValue.ToString();
                },
                _testValue);
            });

            // ui 线程上的 _testValue 的值
            lblMsg.Text = "ui thread testValue: " + _testValue.ToString();
        }
    }
}

OK
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