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

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

   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

   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）

   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：与 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）。