無鎖版以時間為GUID的方法

　　之前的博客 將時間作為GUID的方法 中，我使用了鎖。我在實際的使用中，錯將鎖的釋放放在了if語句中，這純粹是我的失誤，導致了很嚴重的錯誤。因此我在想是否有無鎖的將時間作為GUID的方式，答案是使用Interlocked中的 CompareExchange方法，該方法是原子操作。說是無鎖操作，其實就是讓clr來保證操作的原子性，而不用自己寫鎖。沒有鎖，也就沒有死鎖的風險了（當然CLR也可能犯錯，但是CLR犯錯要比我犯錯的概率低太多）。

　　我在 將時間作為GUID的方法 中介紹了，DateTime.Now提供不了ms級的時間，雖然時間的最小單位是ms，但是該時間的誤差至少在100ms以上，因此當多線程同時調用DateTime.Now.ToString("yyyyMMddHHmmssfff")的時候，如果在100ms內同時併發，就會出現同樣的結果，而GUID是不能相同的，因此需要對該方法進行簡單的改造，從而保證同一進程內，多線程訪問時，時間GUID的唯一性。有了之前死鎖的教訓，我決定不適用鎖來實現。該方法的實現方式是一種樂觀併發的模式，《CLR via C#》中多線程部分有介紹。我的想法是，既然DateTime.now有誤差，我可以在後面添加一個數字，這個數字每次會+1，這樣無論多少個線程訪問，都不會重覆。代碼如下：

static int c = 0;
public static string GetTimeUtils()
{
    //這樣做無法保證f的唯一性，因為其他線程在調用該方法時，有可能讀取了相同的c，
    //從而f++得到相同結果//return DateTime.Now.ToString("yyyyMMddHHmmssfff") + c++;
    int f,z;
    do
    {
        f = c;
        z = f+1;
        if (z >= 9999) z = 0;
    }
    while (Interlocked.CompareExchange(ref c, z, f) != f);
    return DateTime.Now.ToString("yyyyMMddHHmmssfff") + f;
}

 　　先解釋下Interlocked.CompareExchange方法，該方法是原子操作，意思是如果c==f，則c=z，然後返回c原來的值。將其放進while迴圈中，是為了保證f讀取的c是最新的值。如果f讀到的值不是最新的值，就表明這期間有其他線程對c++，這時就重新計算。這其實相當於一次“原子操作”，只不過，這個原子操作不是利用鎖來獲得的，而是利用線程執行間歇來恰巧獲得的。這有點像自旋鎖的意思，都有一個while迴圈。如果在執行期間有其他線程也對c++,那麼重新來，直到找到了只有一個線程執行的間歇。這樣解釋下來，這個方法還真是很“樂觀”。如果方法的執行時間較長，併發數較高，這樣的間歇是非常不好找的，也就不適用這種無鎖模式。該方法適合需要同步的代碼量較小，執行時間非常短的情況。

　　總結一下，該方法的想法是將f=c++原子化，辦法是找到多線程的間歇。

　　下麵我們來驗證一下該方法是否能夠保證唯一性：

class Program
{
    static void Main(string[] args){
        for (int i = 0; i < 20; i++){
            ConcurrentBag<string> list = new ConcurrentBag<string>();
            TaskExtension.ParallelRun(9000, true, () => list.Add(Test.GetTimeUtils()))
                .Then(() => Console.WriteLine($"是否有重覆？{list.Count() != list.Distinct().Count()}"));
        }           
        Console.Read();
    }
}
public static class TaskExtension
{
    public static Task[] ParallelRun(int runCount, bool start, Action action){
        var tasks = new Task[runCount];
        for (int i = 0; i < runCount; i++){
            tasks[i] = new Task(action);
            if (start) tasks[i].Start();
        }
        return tasks;
    }
    public static async Task Then(this Task[] t, Action action){
        await Task.WhenAll(t);
        action();
    }
}

　　可以看到，是否有重覆，結果為false，證明不會產生重覆。

　　我也對該方法和帶鎖的方法進行了對比，發現該方法和有鎖版在性能上基本沒有優勢。我使用的是lock，該鎖的後臺實現是Monitor，是一個混合鎖，在較短時間的時候，會先自旋，因此性能較好。但是一旦使用鎖，就有被死鎖的風險，而無鎖版是不用擔心這個問題的。也推薦大家去看看Interlocked中的方法，裡面提供了一些簡單的原子操作。

　　以上為實現以時間作為GUID的方法和測試代碼，歡迎有疑問的小伙伴在評論區和我討論。