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Como usar o SpinLock para sincronização de baixo nível

O exemplo a seguir demonstra como usar um SpinLock. No exemplo, a seção crítica executa uma quantidade mínima de trabalho, o que a torna uma boa candidata para o SpinLock. Aumentar um pouco o trabalho aumenta o desempenho do SpinLock em comparação com um bloqueio padrão. No entanto, há um ponto em que um SpinLock se torna mais caro do que um bloqueio padrão. Você pode usar a funcionalidade de perfilamento de concorrência nas ferramentas de perfilamento para ver qual tipo de bloqueio oferece um melhor desempenho em seu programa. Para obter mais informações, consulte Concurrency Visualizer.


class SpinLockDemo2
{
    const int N = 100000;
    static Queue<Data> _queue = new Queue<Data>();
    static object _lock = new Object();
    static SpinLock _spinlock = new SpinLock();

    class Data
    {
        public string Name { get; set; }
        public double Number { get; set; }
    }
    static void Main(string[] args)
    {

        // First use a standard lock for comparison purposes.
        UseLock();
        _queue.Clear();
        UseSpinLock();

        Console.WriteLine("Press a key");
        Console.ReadKey();
    }

    private static void UpdateWithSpinLock(Data d, int i)
    {
        bool lockTaken = false;
        try
        {
            _spinlock.Enter(ref lockTaken);
            _queue.Enqueue( d );
        }
        finally
        {
            if (lockTaken) _spinlock.Exit(false);
        }
    }

    private static void UseSpinLock()
    {

          Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

          Parallel.Invoke(
                  () => {
                      for (int i = 0; i < N; i++)
                      {
                          UpdateWithSpinLock(new Data() { Name = i.ToString(), Number = i }, i);
                      }
                  },
                  () => {
                      for (int i = 0; i < N; i++)
                      {
                          UpdateWithSpinLock(new Data() { Name = i.ToString(), Number = i }, i);
                      }
                  }
              );
          sw.Stop();
          Console.WriteLine($"elapsed ms with spinlock: {sw.ElapsedMilliseconds}");
    }

    static void UpdateWithLock(Data d, int i)
    {
        lock (_lock)
        {
            _queue.Enqueue(d);
        }
    }

    private static void UseLock()
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

        Parallel.Invoke(
                () => {
                    for (int i = 0; i < N; i++)
                    {
                        UpdateWithLock(new Data() { Name = i.ToString(), Number = i }, i);
                    }
                },
                () => {
                    for (int i = 0; i < N; i++)
                    {
                        UpdateWithLock(new Data() { Name = i.ToString(), Number = i }, i);
                    }
                }
            );
        sw.Stop();
        Console.WriteLine($"elapsed ms with lock: {sw.ElapsedMilliseconds}");
    }
}

Imports System.Threading
Imports System.Threading.Tasks

Class SpinLockDemo2

    Const N As Integer = 100000
    Shared _queue = New Queue(Of Data)()
    Shared _lock = New Object()
    Shared _spinlock = New SpinLock()

    Class Data
        Public Name As String
        Public Number As Double
    End Class
    Shared Sub Main()

        ' First use a standard lock for comparison purposes.
        UseLock()
        _queue.Clear()
        UseSpinLock()

        Console.WriteLine("Press a key")
        Console.ReadKey()

    End Sub

    Private Shared Sub UpdateWithSpinLock(ByVal d As Data, ByVal i As Integer)

        Dim lockTaken As Boolean = False
        Try
            _spinlock.Enter(lockTaken)
            _queue.Enqueue(d)
        Finally

            If lockTaken Then
                _spinlock.Exit(False)
            End If
        End Try
    End Sub

    Private Shared Sub UseSpinLock()


        Dim sw = Stopwatch.StartNew()

        Parallel.Invoke(
               Sub()
                   For i As Integer = 0 To N - 1
                       UpdateWithSpinLock(New Data() With {.Name = i.ToString(), .Number = i}, i)
                   Next
               End Sub,
                Sub()
                    For i As Integer = 0 To N - 1
                        UpdateWithSpinLock(New Data() With {.Name = i.ToString(), .Number = i}, i)
                    Next
                End Sub
            )
        sw.Stop()
        Console.WriteLine("elapsed ms with spinlock: {0}", sw.ElapsedMilliseconds)
    End Sub

    Shared Sub UpdateWithLock(ByVal d As Data, ByVal i As Integer)

        SyncLock (_lock)
            _queue.Enqueue(d)
        End SyncLock
    End Sub

    Private Shared Sub UseLock()

        Dim sw = Stopwatch.StartNew()

        Parallel.Invoke(
                Sub()
                    For i As Integer = 0 To N - 1
                        UpdateWithLock(New Data() With {.Name = i.ToString(), .Number = i}, i)
                    Next
                End Sub,
               Sub()
                   For i As Integer = 0 To N - 1
                       UpdateWithLock(New Data() With {.Name = i.ToString(), .Number = i}, i)
                   Next
               End Sub
                )
        sw.Stop()
        Console.WriteLine("elapsed ms with lock: {0}", sw.ElapsedMilliseconds)
    End Sub
End Class

SpinLock pode ser útil quando um bloqueio em um recurso compartilhado não será mantido por muito tempo. Nesses casos, em computadores com vários núcleos, pode ser eficiente para o thread bloqueado girar por alguns ciclos até que o bloqueio seja liberado. Ao girar, a thread não fica bloqueada, sendo um processo que demanda uso intensivo da CPU. SpinLock deixará de girar sob determinadas condições para evitar a falta de processadores lógicos ou a inversão de prioridade em sistemas com Hyper-Threading.

Este exemplo usa a classe System.Collections.Generic.Queue<T>, que requer a sincronização de usuário para o acesso de threads múltiplos. Outra opção é usar o System.Collections.Concurrent.ConcurrentQueue<T>, que não exige bloqueios de usuário.

Observe o uso de false na chamada para SpinLock.Exit. Isso fornece o melhor desempenho. Especifique true em arquiteturas de IA64 para usar o limite de memória, que libera os buffers de gravação para garantir que o bloqueio esteja disponível para outros threads entrarem.

Consulte também