C#中Interlocked.Exchange的作用

在 C# 中,**Interlocked.Exchange**是一个用于 多线程原子操作 的关键方法,其核心作用是 以线程安全的方式交换变量的值。以下是它的详细说明:

核心作用

原子性操作

在无锁(lock-free)的多线程编程中,Interlocked.Exchange 能够确保以下两个操作作为一个 不可分割的原子操作 完成:

  1. 读取 变量的当前值

  2. 写入 新值到该变量

这避免了线程竞争(Race Condition)导致的数据不一致问题。

方法签名

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public static T Exchange<T>(ref T location, T value) where T : class;
public static int Exchange(ref int location, int value);
// 其他重载支持 long、float、double 等类型
  • 输入 :通过 ref 传递的变量引用(location)和新值(value)。

  • 输出 :返回变量被修改前的 原始值

典型使用场景

  1. 线程安全的标志位切换

    cs 复制代码
    private bool _isRunning;
    
    public void Stop()
    {
        // 原子性地将 _isRunning 设为 false,并返回之前的值
        bool original = Interlocked.Exchange(ref _isRunning, false);
        if (original)
        {
            Console.WriteLine("成功停止");
        }
    }
  2. 无锁编程中的状态更新

    cs 复制代码
    private object _currentData;
    
    public void UpdateData(object newData)
    {
        // 原子性替换数据,并获取旧数据以进行清理
        object oldData = Interlocked.Exchange(ref _currentData, newData);
        if (oldData != null)
        {
            Cleanup(oldData);
        }
    }
  3. 单次初始化(如单例模式)

    cs 复制代码
    private object _singletonInstance;
    private readonly object _lock = new object();
    
    public object GetInstance()
    {
        if (_singletonInstance == null)
        {
            var temp = new object();
            // 原子性竞争创建实例
            Interlocked.CompareExchange(ref _singletonInstance, temp, null);
        }
        return _singletonInstance;
    }

性能优势

  • 避免锁开销lock 语句相比,Interlocked 类的方法直接利用 CPU 的原子指令(如 x86 的 XCHG),无需上下文切换或阻塞线程。

  • 轻量级 :适合高频调用的简单操作。

注意事项

  1. 适用范围仅适用于简单的值替换操作,复杂逻辑需结合 Interlocked.CompareExchange 或锁。

  2. 引用类型 :泛型版本 (Interlocked.Exchange<T>) 支持引用类型,但需注意内存可见性问题(可通过 volatile 关键字或内存屏障解决)。

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