互锁交换<T>比 Interlocked.CompareExchange 慢<T> ?

Question

我在优化程序时遇到了一些奇怪的性能结果，如下面的 BenchmarkDotNet 基准测试所示：

string _s, _y = "yo";

[Benchmark]
public void Exchange() => Interlocked.Exchange(ref _s, null);

[Benchmark]
public void CompareExchange() => Interlocked.CompareExchange(ref _s, _y, null);

结果如下：

BenchmarkDotNet=v0.10.10, OS=Windows 10 Redstone 3 [1709, Fall Creators Update] (10.0.16299.192)
Processor=Intel Core i7-6700HQ CPU 2.60GHz (Skylake), ProcessorCount=8
Frequency=2531248 Hz, Resolution=395.0620 ns, Timer=TSC
.NET Core SDK=2.1.4
  [Host]     : .NET Core 2.0.5 (Framework 4.6.26020.03), 64bit RyuJIT
  DefaultJob : .NET Core 2.0.5 (Framework 4.6.26020.03), 64bit RyuJIT

          Method |      Mean |     Error |    StdDev |
---------------- |----------:|----------:|----------:|
        Exchange | 20.525 ns | 0.4357 ns | 0.4662 ns |
 CompareExchange |  7.017 ns | 0.1070 ns | 0.1001 ns |

看起来Interlocked.Exchange速度是Interlocked.CompareExchange两倍多 - 这令人困惑，因为它应该做的工作更少。 除非我弄错了，否则两者都应该是 CPU 操作。

有没有人对为什么会发生这种情况有很好的解释？ 这是 CPU 操作中的实际性能差异还是 .NET Core 包装它们的方式中的某些问题？

如果是这种情况，最好避免Interlocked.Exchange()并尽可能使用Interlocked.CompareExchange() ？

编辑：另一件奇怪的事情：当我使用 int 或 long 而不是 string 运行相同的基准测试时，我或多或少地获得了相同的运行时间。 此外，我使用 BenchmarkDotNet 的反汇编器诊断程序查看正在生成的实际程序集，并发现了一些有趣的东西：使用 int/long 版本我可以清楚地看到 xchg 和 cmpxchg 指令，但使用字符串我看到调用 Interlocked.Exchange/Interlocked。比较交换方法...！

EDIT2：在 coreclr 中打开问题： https : //github.com/dotnet/coreclr/issues/16051

Answer 1

跟进我的评论，这似乎是Exchange通用过载的问题。

如果您完全避免通用重载（将_s和_y的类型更改为object ），性能差异就会消失。

问题仍然存在，为什么解析到通用重载只会减慢Exchange速度。 CompareExchange<T> Interlocked源代码，似乎在CompareExchange<T>实施了一个 hack 以使其更快。 CompareExchange<T>源代码注释如下：

 * CompareExchange<T>
 * 
 * Notice how CompareExchange<T>() uses the __makeref keyword
 * to create two TypedReferences before calling _CompareExchange().
 * This is horribly slow. Ideally we would like CompareExchange<T>()
 * to simply call CompareExchange(ref Object, Object, Object); 
 * however, this would require casting a "ref T" into a "ref Object", 
 * which is not legal in C#.
 * 
 * Thus we opted to cheat, and hacked to JIT so that when it reads
 * the method body for CompareExchange<T>() it gets back the
 * following IL:
 *
 *     ldarg.0 
 *     ldarg.1
 *     ldarg.2
 *     call System.Threading.Interlocked::CompareExchange(ref Object, Object, Object)
 *     ret
 *
 * See getILIntrinsicImplementationForInterlocked() in VM\JitInterface.cpp
 * for details.

Exchange<T>没有任何类似的评论，并且它还使用了“非常慢”的__makeref因此这可能是您看到这种意外行为的原因。

所有这些当然是我的解释，您实际上需要 .NET 团队的某个人来真正证实我的怀疑。

Answer 2

现在已在较新版本的 .Net Core 上修复此问题：

https://github.com/dotnet/coreclr/issues/16051