更快更便宜的线程安全计数器？

Question

我读过这个主题：C#线程安全快速（est）计数器，并在我的并行代码中实现了这个特性。据我所知，这一切都很好，但它大大增加了处理时间，大约10%。

这让我有点担心，我认为问题在于我做了大量相对便宜的产品(

现在，我看不到解决的办法，但也许我错过了一些明显的东西。我甚至在考虑使用n个计数器（对应于并行化程度），然后在特定的核上增加每个计数器，但这似乎不可行（检测我在哪个核上可能会更昂贵，更不用说复杂的if/then/else结构和混乱的执行管道）。有没有办法打破这个怪兽？：）

Answer 1

我想我会对高速缓存一致性和LOCK前缀在英特尔架构中的作用进行一些澄清。由于评论太长，也回答了您提出的一些问题，我认为发布作为答案是合适的。

在MESI高速缓存一致性协议中，对缓存行的任何写入都会导致状态更改为独占，无论您是否使用LOCK前缀。因此，如果两个处理器都重复访问同一个缓存行，并且至少有一个处理器正在进行写入，那么处理器在访问它们共享的行时会遇到缓存行未命中。而如果他们都只从该行读取，那么他们就会有缓存行命中，因为他们都可以将私有L1缓存中的行保持在共享状态。

LOCK前缀的作用是限制处理器在等待锁定的指令完成执行时可以做的推测性工作的数量。《英特尔64和IA-32体系结构软件开发人员手册》第8.1.2节说：

锁定操作是相对于所有其他内存操作和所有外部可见事件的原子操作。只有指令获取和页表访问才能传递锁定的指令。锁定指令可用于同步一个处理器写入和另一个处理器读取的数据。

在正常情况下，处理器能够在等待解决缓存未命中的同时推测地执行指令。但是LOCK前缀阻止了这一点，并且基本上会暂停管道，直到锁定的指令完成执行。

Answer 2

来自同一缓存线上多个内核的操作在硬件中相互竞争。这适用于锁定和常规内存访问。这是一个真正的问题。当添加更多内核时，争用访问根本不会扩展。缩放通常是硬负数。

您需要使用多个缓存线，每个核心大部分时间都使用自己的缓存线。

你可以使用ThreadLocal

请注意，每个内核使用一个计数器并不重要。每线程就足够了，因为与增量操作相比，时间量子非常长。一些糟糕的访问不是性能问题。

一个更快的选择是使用Holder[]。每个线程绘制一次随机数组索引，然后访问该持有人对象。数组索引比线程本地访问更快。如果您使用的持有人实例的数量比线程的数量大得多（10倍），则几乎没有争用。大多数写入将使用相同的已缓存行。

你可以使用列表代替随机索引