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c#题例-2025-06-21 18:38:57

好的!以下是一道专家级别的 C# 程序员逻辑面试题,涉及多线程、并发控制和性能优化方面的知识:

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### 面试题:实现一个高效的线程安全计数器

**问题描述:**

你需要设计并实现一个线程安全的计数器类 `ThreadSafeCounter`,该类需要支持以下功能:

1. **Increment()**: 增加计数器的值。
2. **Decrement()**: 减少计数器的值。
3. **GetValue()**: 获取当前计数器的值。

要求:
- 该类必须是线程安全的,能够处理多个线程同时调用 `Increment()`、`Decrement()` 和 `GetValue()` 的情况。
- 尽量减少锁的竞争,以提高性能。
- 考虑到高并发场景,确保在极端情况下(如大量线程同时操作)不会出现死锁或性能瓶颈。

**额外挑战:**
- 如果可能,尝试使用 .NET 提供的低级同步原语(如 `Interlocked` 或 `SpinLock`)来优化性能。
- 提供单元测试代码,验证你的实现是否正确。

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### 示例代码框架

以下是该类的基本框架,你需要完成其中的逻辑:

```csharp
using System;
using System.Threading;

public class ThreadSafeCounter
{
private int _value;

public ThreadSafeCounter()
{
_value = 0;
}

public void Increment()
{
// 实现线程安全的增量操作
}

public void Decrement()
{
// 实现线程安全的减量操作
}

public int GetValue()
{
// 实现线程安全的获取值操作
return _value;
}
}
```

---

### 提示

1. 可以考虑使用 `lock` 关键字实现基本的线程安全性,但要思考如何进一步优化性能。
2. 探索 `Interlocked` 类提供的原子操作方法(如 `Interlocked.Increment` 和 `Interlocked.Decrement`)。
3. 如果你熟悉高级同步机制,可以尝试使用 `SpinLock` 或 `SemaphoreSlim` 来减少锁的开销。

---

### 测试场景

编写一段测试代码,模拟多个线程对计数器进行操作,并验证最终结果是否正确。例如:

```csharp
using System;
using System.Threading;

class Program
{
static void Main()
{
ThreadSafeCounter counter = new ThreadSafeCounter();
int threadCount = 100;
int operationsPerThread = 1000;

Thread[] threads = new Thread[threadCount];

for (int i = 0; i < threadCount; i++)
{
threads[i] = new Thread(() =>
{
for (int j = 0; j < operationsPerThread; j++)
{
counter.Increment();
counter.Decrement();
}
});
threads[i].Start();
}

foreach (var thread in threads)
{
thread.Join();
}

Console.WriteLine($"Final Value: {counter.GetValue()}"); // 应该输出 0
}
}
```

---

### 思考问题

1. 在高并发场景下,你的实现是否会引入过多的上下文切换?如何优化?
2. 如果需要扩展功能(如支持原子加法操作 `Add(int value)`),你会如何修改代码?

---

这道题目考察了候选人对多线程编程的理解、对 .NET 并发控制工具的掌握程度,以及在实际开发中优化性能的能力。希望这对您有帮助!

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