多執行緒中的鎖系統(一)-基礎用法
平常在多執行緒開發中，總避免不了執行緒同步。本篇對net多執行緒中的鎖系統做個簡單描述。
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lock、Monitor
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引數是Framework 4.0後新加的。 為了使程式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 是可以鎖值型別的。鎖時會裝箱成新物件，所以無法做到執行緒同步。
作用域範圍
一：Lock是隻能在程序內鎖，不能跨程序，內部走的是混合構造，先自旋再轉成核心構造。
二：關於對type型別的鎖，如下：
//======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"); }
執行結果如下：
在看個例子:
//======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> /// 跨應用程式域邊界或遠端訪問時需要繼承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); } } }
執行結果如下：
第一個例子說明，在同進程同域，不同執行緒下，鎖type int，其實鎖的是同一個int物件，所以要慎用。
第二個例子，這裡就簡單說下。
A: CLR啟動時，會建立 系統域（System Domain）和共享域（Shared Domain）， 預設程式域（Default AppDomain）。 系統域和共享域是單例的。程式域可以有多個，例子中我們使用AppDomain.CreateDomain方法建立的。
B: 按正常來說，每個程式域的程式碼都是隔離，互不影響的。但對於一些基礎類型來說，每個程式域都重新載入一份，就顯得有點浪費，帶來額外的損耗壓力。聰明的CLR會把一些基本型別Object, ValueType, Array, Enum, String, and Delegate等所在的程式集MSCorLib.dll，在CLR啟動過程中都會載入到共享域。 每個程式域都會使用共享域的基礎型別例項。
C: 而每個程式域都有屬於自己的託管堆。託管堆中最重要的是GC heap和Loader heap。GC heap用於引用型別例項的儲存，生命週期管理和垃圾回收。Loader heap儲存型別系統，如MethodTable，資料結構等，Loader heap生命週期不受GC管理，跟程式域解除安裝有關。
所以共享域中Loader heap MSCorLib.dll中的int例項會一直保留著，直到程序結束。單個程式域解除安裝也不受影響。作用域很大有沒有！！！
這時第二個例子也很容易理解了。 鎖int例項是跨程式域的，MSCorLib中的基礎型別都是這樣， 極容易造成死鎖。 而自定義型別則會載入到自己的程式域，不會影響其他。
字串的鎖
我們都知道鎖的目的，是為了多執行緒下值被破壞。也知道string在c#是個特殊物件，值是不變的，每次變動都是一個新物件值，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
*/
正是由於c#中字串的這種特性，所以字串是在多執行緒下是不會被修改的，只讀的。它存在於SystemDomain域中managed heap中的一個hash table中。其中Key為string本身，Value為string物件的地址。
當程式域需要一個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中建立該 string，並加入到hash table中，並把引用返回。所以說字串的生命週期是基於整個程序的，也是跨AppDomain。
Monitor的用法
簡單介紹下Wait，Pulse,PulseAll的用法，已加註釋。
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，並等待其他執行緒釋放通知訊號。"); 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); //通知佇列裡一個執行緒，改變鎖狀態。 Pulseall 通知所有的 Console.WriteLine("Thread2通知其他執行緒，改變狀態。"); Thread.Sleep(1000); } finally { if (isGetLock) { Monitor.Exit(str); Console.WriteLine("Thread2釋放鎖"); } } }).Start(); Console.ReadLine();
Mutex
lock是不能跨程序鎖的。 mutex作用和lock類似，但是它能跨程序鎖資源(走的是windows核心構造)，如例子：
static bool createNew = false; //第一個引數 是否應擁有互斥體的初始所屬權。即createNew true時，mutex預設獲得處理訊號 //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) //第一個建立成功，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 函式作用是阻止當前執行緒，直到拿到收到其他例項釋放的處理訊號。 //第一個引數是等待超時時間，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//如果沒有發現處理訊號 { Console.WriteLine("已經有例項了。"); Console.ReadLine(); } } static void Run() { Console.WriteLine("例項1"); Console.ReadLine(); }
順序啟動A B例項測試下。A首先拿到鎖，輸出 例項1 。B在等待， 如果10秒內A釋放，B拿到執行Run()。超時後輸出"已經有例項了"。
這裡注意的是第一個拿到處理訊號 的例項，已經拿到鎖了。不需要再WaitOne。 否則報異常。
Semaphore
即訊號量，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是由windows核心維持一個int32變數的執行緒計數器，執行緒每呼叫一次、計數器減一、釋放後對應加一， 超出的執行緒則排隊等候。
走的是核心構造，所以semaphore也是可以跨程序的。
static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("準備處理佇列"); bool createNew = false; SemaphoreSecurity ss = new SemaphoreSecurity(); //訊號量許可權控制 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(); }
總結
mutex、Semaphore 需要先把託管程式碼轉成本地使用者模式程式碼、再轉換成本地核心程式碼。
當釋放後需要重新轉換成託管程式碼，效能會有一定的損耗，所以儘量在需要跨程序的場景再使用。
參考 http://www.cnblogs.com/artech/archive/2007/06/04/769805.html