c#語言-多線程中的鎖系統(一)
介紹
平常在多線程開發中，總避免不了線程同步。本篇就對net多線程中的鎖系統做個簡單描述。
目錄
一：lock、Monitor
1：基礎。
2: 作用域。
3：字符串鎖。
4：monitor使用
二：mutex
三：Semaphore
四：總結
一：lock、Monitor
1：基礎
Lock是Monitor語法糖簡化寫法。Lock在IL會生成Monitor。
//======Example 1=====
string obj = "helloworld";
lock (obj)
{
Console.WriteLine(obj);
}
//lock IL會編譯成如下寫法
bool isGetLock = false;
Monitor.Enter(obj, ref isGetLock);
try
{
Console.WriteLine(obj);
}
finally
{
if (isGetLock)
{
Monitor.Exit(obj);
}
}
isGetLock參數是Framework 4.0後新加的。 為了使程序在所有情況下都能夠確定，是否有必要釋放鎖。例: Monitor.Enter拿不到鎖
Monitor.Enter 是可以鎖值類型的。鎖時會裝箱成新對象。
2：作用域
一：Lock是只能在進程內鎖，不能跨進程，這個無需多說。
二：關於對type類型的鎖。如下：
復制代碼
//======Example 2=====
new Thread(new ThreadStart(() => {
lock (typeof(int))
{
Thread.Sleep(10000);
Console.WriteLine("Thread1釋放");
}
})).Start();
Thread.Sleep(1000);
lock(typeof(int))
{
Console.WriteLine("Thread2釋放");
}
我們在來看個例子。
//======Example 3=====
Console.WriteLine(DateTime.Now);
AppDomain appDomain1 = AppDomain.CreateDomain("AppDomain1");
LockTest Worker1 = (LockTest)appDomain1.CreateInstanceAndUnwrap(
Assembly.GetExecutingAssembly().FullName,
"ConsoleApplication1.LockTest");
Worker1.Run();
AppDomain appDomain2 = AppDomain.CreateDomain("AppDomain2");
LockTest Worker2 = (LockTest)appDomain2.CreateInstanceAndUnwrap(
Assembly.GetExecutingAssembly().FullName,
"ConsoleApplication1.LockTest");
Worker2.Run();
/// <summary>
/// 跨應用程序域邊界或遠程訪問時需要繼承MarshalByRefObject
/// </summary>
public class LockTest : MarshalByRefObject
{
public void Run()
{
lock (typeof(int))
{
Thread.Sleep(10000);
Console.WriteLine(AppDomain.CurrentDomain.FriendlyName + ": Thread 釋放," + DateTime.Now);
}
}
}
第一個例子說明，在同進程同域，不同線程下，鎖type int，其實鎖的是同一個int對象。所以要慎用。
第二個例子，這裡就簡單說下。
A: CLR啟動時，會創建 系統域（System Domain）和共享域（Shared Domain）， 默認程序域（Default AppDomain）。 系統域和共享域是單例的。程序域可以有多個，例子中我們使用AppDomain.CreateDomain方法創建的。
B: 按正常來說，每個程序域的代碼都是隔離，互不影響的。但對於一些基礎類型來說，每個程序域都重新加載一份，就顯得有點浪費，帶來額外的損耗壓力。聰明的CLR會把一些基本類型Object, ValueType, Array, Enum, String, and Delegate等所在的程序集MSCorLib.dll，在CLR啟動過程中都會加載到共享域。 每個程序域都會使用共享域的基礎類型實例。
C: 而每個程序域都有屬於自己的托管堆。托管堆中最重要的是GC heap和Loader heap。GC heap用於引用類型實例的存儲，生命周期管理和垃圾回收。Loader heap保存類型系統，如MethodTable，數據結構等，Loader heap生命周期不受GC管理，跟程序域卸載有關。
所以共享域中Loader heap MSCorLib.dll中的int實例會一直保留著，直到進程結束。單個程序域卸載也不受影響。作用域很大有沒有！！！
這時第二個例子也很容易理解了。 鎖int實例是跨程序域的，MSCorLib中的基礎類型都是這樣。 極容易造成死鎖，慎用。 而自定義類型則會加載到自己的程序域，不會影響別人。
3：字符串的鎖
我們都知道鎖的目的，是為了多線程下值被破壞。也知道string在c#是個特殊對象，值是不變的，每次變動都是一個新對象值，這也是推薦stringbuilder原因。如例：
//======Example 4=====
string str1 = "mushroom";
string str2 = "mushroom";
var result1 = object.ReferenceEquals(str1, str2);
var result2 = object.ReferenceEquals(str1, "mushroom");
Console.WriteLine(result1 + "-" + result2);
/* output
* True-True
*/
正式由於c#中字符串的這種特性，所以字符串是在多線程下是不會被修改的，只讀的。它存在於SystemDomain域中managed heap中的一個hash table中。Key為string本身，Value為string對象的地址。
當程序域需要一個string的時候，CLR首先在這個Hashtable根據這個string的hash code試著找對應的Item。如果成功找到，則直接把對應的引用返回，否則就在SystemDomain對應的managed heap中創建該 string，並加入到hash table中，並把引用返回。所以說字符串的生命周期是基於整個進程的，也是跨AppDomain。
4：monitor用法
介紹下Wait，Pulse,PulseAll的用法。有注釋，大家直接看代碼吧。
static string str = "mushroom";
static void Main(string[] args)
{
new Thread(() =>
{
bool isGetLock = false;
Monitor.Enter(str, ref isGetLock);
try
{
Console.WriteLine("Thread1第一次獲取鎖");
Thread.Sleep(5000);
Console.WriteLine("Thread1暫時釋放鎖，並等待其他線程釋放通知信號。");
Monitor.Wait(str);
Console.WriteLine("Thread1接到通知,第二次獲取鎖。");
Thread.Sleep(1000);
}
finally
{
if (isGetLock)
{
Monitor.Exit(str);
Console.WriteLine("Thread1釋放鎖");
}
}
}).Start();
Thread.Sleep(1000);
new Thread(() =>
{
bool isGetLock = false;
Monitor.Enter(str, ref isGetLock); //一直等待中，直到其他釋放。
try
{
Console.WriteLine("Thread2獲得鎖");
Thread.Sleep(5000);
Monitor.Pulse(str); //通知隊列裡一個線程，改變鎖狀態。 Pulseall 通知所有的
Console.WriteLine("Thread2通知其他線程，改變狀態。");
Thread.Sleep(1000);
}
finally
{
if (isGetLock)
{
Monitor.Exit(str);
Console.WriteLine("Thread2釋放鎖");
}
}
}).Start();
Console.ReadLine();
二：mutex
lock是不能跨進程鎖的。 mutex作用和lock類似，是能跨進程鎖的。 我們來看個例子
static bool createNew = false;
//第一個參數 是否應擁有互斥體的初始所屬權。即createNew true時，mutex默認獲得處理信號
//第二個是名字，第三個是否成功。
public static Mutex mutex = new Mutex(true, "mushroom.mutex", out createNew);
static void Main(string[] args)
{
//======Example 5=====
if (createNew) //第一個創建成功，這時候已經拿到鎖了。 無需再WaitOne了。一定要注意。
{
try
{
Run();
}
finally
{
mutex.ReleaseMutex(); //釋放當前鎖。
}
}
//WaitOne 函數作用是阻止當前線程，直到拿到收到其他實例釋放的處理信號。
//第一個參數是等待超時時間，第二個是否退出上下文同步域。
else if (mutex.WaitOne(10000,false))//
{
try
{
Run();
}
finally
{
mutex.ReleaseMutex();
}
}
else//如果沒有發現處理信號
{
Console.WriteLine("已經有實例了。");
Console.ReadLine();
}
}
static void Run()
{
Console.WriteLine("實例1");
Console.ReadLine();
}
我們順序起A B實例測試下。 A首先拿到鎖，輸出 實例1 。 B在等待， 如果10秒內A釋放，B拿到執行Run()。 超時後輸出 已經有實例了。
這裡注意的是第一個拿到處理信號 的實例，已經拿到鎖了。不需要再WaitOne。 否則報異常。
三：Semaphore
即信號量，我們可以把它理解為升級版的mutex。mutex對一個資源進行鎖，semaphore則是對多個資源進行加鎖。
semaphore內部一個線程計數器，線程每調用一次，計數器減一，釋放後對應加一。 超出線程數量則排隊等候。semaphore也是可以跨進程的。
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("准備處理隊列");
bool createNew = false;
SemaphoreSecurity ss = new SemaphoreSecurity(); //信號量權限控制
Semaphore semaphore = new Semaphore(2, 2, "mushroom.Semaphore", out createNew,null);
for (int i = 1; i <= 5; i++)
{
new Thread((arg) =>
{
semaphore.WaitOne();
Console.WriteLine(arg + "處理中");
Thread.Sleep(10000);
semaphore.Release(); //即semaphore.Release(1)
//semaphore.Release(5);可以釋放多個，但不能超過最大值。如果最後釋放的總量超過本身總量，也會報錯。 不建議使用
}).Start(i);
}
Console.ReadLine();
}
四：總結
mutex和Semaphore 性能較差，需要跨進程的時候，再使用。
lock和Monitor 性能較好些。
注意死鎖。
