细说.NET中的多线程 (四 使用锁进行同步)
通过锁来实现同步
排它锁主要用来保证,在一段时间内,只有一个线程可以访问某一段代码。两种主要类型的排它锁是lock和Mutex。Lock和Mutex相比构造起来更方便,运行的也更快。但是Mutex可以在同一个机器上的不同进程使用。
Monitor.Enter和Monitor.Exit
C#中的lock关键字,实际上是Monitor.Enter,Monitor.Exist的一个简写。在.NET 1.0,2.0,3.0 版本的c#中,lock会被编译成如下代码:
Monitor.Enter(_locker);try{if (_val2 != 0) Console.WriteLine(_val1 / _val2);_val2 = 0;}finally { Monitor.Exit(_locker); }
如果你没有调用Monitor.Enter而直接调用Monitor.Exit会引发异常。
LockTaken版本:
想象一下上面这段代码,如果再Monitor.Enter之后,try之前,线程出现了异常(比如被终止),在这种情况下,finally中的Exit方法就永远不会被执行,也就导致了这个锁不会被释放。为了避免这种情况,CLR 4.0的设计者重载了Monitor.Enter方法:
public static void Enter (object obj, ref bool lockTaken);
如果当前线程由于某些异常导致锁没有被获取到,lockTake值会为false,因此在CLR 4.0中,lock会被解释成如下代码:
bool lockTaken = false;try{Monitor.Enter(_locker, ref lockTaken);// Do your stuff...}finally { if (lockTaken) Monitor.Exit(_locker); }
TryEnter
Monitor也提供了了一个TryEnter方法,允许你设置一个超时时间,避免当前线程长时间获取不到锁而一直等待。
选择正确的同步对象
你需要选择一个对所有线程都可见的对象进行lock(obj)来确保程序能够按照你的意图执行。如果比不了解C#语言中的某些特性,lock可能不会按照你 期望来执行。
- 由于字符串的驻留机制,lock("string")不是一个好的选择
- Lock一个值类型不是一个好的选择
- Lock(typeof(..))不是一个好的选择,因为System.Type的特性
什么时候使用lock
一个基本的规则,你需要对任意的写操作,或者可修改的字段进行lock。即使是一个赋值操作,或者累加操作,你也不能假设他是线程安全的。
例如下面代码不是线程安全的:
class ThreadUnsafe{static int _x;static void Increment() { _x++; }static void Assign() { _x = 123; }}
你需要这样写:
class ThreadSafe{static readonly object _locker = new object();static int _x;static void Increment() { lock (_locker) _x++; }static void Assign() { lock (_locker) _x = 123; }}
如果你看过一些BCL类库里面的实现,你可以能会发现,某些情况下会使用InterLocked类,而不是lock,我们会在后面介绍。
关于嵌套锁或者reentrant
你在阅读一些文档的时候,有的文档可能会说lock或者Monitor.Enter是reentrant(可重入的),那么我们如何理解reentrant呢?
想象下以下代码:
lock (locker)lock (locker)lock (locker){// Do something...}
或者是:
Monitor.Enter(locker); Monitor.Enter(locker); Monitor.Enter(locker);// Do something...Monitor.Exit(locker); Monitor.Exit(locker); Monitor.Exit(locker);
这种情况下,只有在最后一个exit执行后,或者执行了相应次数的Exit后,locker才是可获取的状态。
Mutex
Mutex像c#中的lock一样,但是在不同的进程中仍然可以使用。换句话说,Mutex是一个计算机级别的锁。因此获取这样一个锁要比Monitor慢很多。
示例代码:
using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Threading;namespace MultiThreadTest
{class OneAtATimePlease{static void Main(){// Naming a Mutex makes it available computer-wide. Use a name that's// unique to your company and application (e.g., include your URL).using (var mutex = new Mutex(false, "oreilly.com OneAtATimeDemo")){// Wait a few seconds if contended, in case another instance// of the program is still in the process of shutting down.if (!mutex.WaitOne(TimeSpan.FromSeconds(3), false)){Console.WriteLine("Another app instance is running. Bye!");return;}RunProgram();}}static void RunProgram(){Console.WriteLine("Running. Press Enter to exit");Console.ReadLine();}}
}
Semaphore
Monitor和Mutex都是排他锁,Semaphore我们常用的另外一种非排他的锁。
我们用它来实现这样一个例子:一个酒吧,最多能容纳3人,如果客满则需要等待,有客人离开,等待的人随时可以进来。
示例代码:
using System;
using System.Threading;class TheClub // No door lists!
{static Semaphore _sem = new Semaphore(3, 3); // Capacity of 3static void Main(){for (int i = 1; i <= 5; i++) new Thread(Enter).Start(i);Console.ReadLine();}static void Enter(object id){Console.WriteLine(id + " wants to enter");_sem.WaitOne();Console.WriteLine(id + " is in!"); // Only three threadsThread.Sleep(1000 * (int)id); // can be here atConsole.WriteLine(id + " is leaving"); // a time._sem.Release();}
}
使用Semaphore需要调用者来控制访问资源,调用WaitOne来获取资源,通过Release来释放资源。开发者有责任确保资源能够正确释放。
Semaphore在限制同步访问的时候非常有用,它不会像Monitor或者Mutex那样当一个线程访问某些资源时,其它所有线程都需要等,而是设置一个缓冲区,允许最多多少个线程同时进行访问。
Semaphore也可以像Mutex一样,跨进程进行同步。
本节主要总结了使用锁进行同步,下一节将总结使用信号量进行同步。
转载于:https://www.cnblogs.com/myprogram/p/4924335.html
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