C# 线程同步的多种方式

实际应用中多个线程往往需要共享数据，因此必须使用同步技术，确保一次只有一个线程访问和改变共享数据。同步又分为进程内部线程的同步以及进程之间线程的同步。

进程内部线程同步：

1. lock : 使用比较简单 lock(obj){ Synchronize part  };  只能传递对象，无法设置等待超时;

2. InterLocked:  原子操作，提供了以线程安全的方式递增，递减，交换和读取值的方法;

3. Monitor: lock语句等同于Monitor.Enter() ，同样只能传递对象，无法设置等待超时，如下：

            Monitor.Enter(obj){
                //Synchronized part
            }finally{
                Monitor.Exit(obj);
            }

另外使用Monitor.TryEnter()，可以传递等待超时，若获取锁，则布尔参考变量设为true，执行同步操作；若超时未获取锁，则布尔参考变量设为false，执行其他操作； 如下：

            bool lockTaken=false;
            Monitor.TryEnter(obj, 500, ref lockTaken);
            if(lockTaken){
                try
                {
                    //Synchronized part
                }
                finally
                {
                    Monitor.Exit(obj);
                }
            }else{
                //don't aquire the lock, excute other parts
            }

进程之间线程同步：

1. WaitHandle: 一个抽象基类，用于等待一个信号的设置。 常用方法如下：

WaitOne(): 等待一个信号的出现，可设置超时；

WaitAll(): 等待多个信号的出现，可设置超时；

WaitAny(): 等待任意一个信号的出现，可设置超时；

Mutex类(Mutual Exclusion 互斥)，EventWaitHandle类，Semaphore类 均派生自WaitHandle类。

2. Mutex: 与Monitor 类似，只有一个线程能够获取锁定。利用WaitOne() 获取锁定，利用ReleaseMutex() 解除锁定。构造函数使用如下：

            bool isNew = false;
            mutex = new Mutex(false, "Mutex1", out isNew);

参数1：锁创建后是否由主调线程拥有。 如果设为true，相当于调用了WaitOne()，需要释放，否则其他线程无法获取锁；

参数2：锁名称，可通过OpenExist()或TryOpenExist() 打开已有锁，因为操作系统识别有名称的互锁，所以可由不同的进程共享。若锁名称为空，就是未命名的互锁，不能在多个进程之间共享；

参数3:  是否为新创建的互锁；

下面的例子演示Mutex 在进程之间的使用：

    class Program
    {
        private static Mutex mutex = null;
        static void Main(string[] args)
        {
            bool isNew = false;
            mutex = new Mutex(false, "Mutex1", out isNew);
            Console.WriteLine("Main Start....");
            mutex.WaitOne();
            Console.WriteLine("Aquire Lock and Running....");
            Thread.Sleep(10000);
            mutex.ReleaseMutex();
            Console.WriteLine("Release Lock....");
            Console.WriteLine("Main end....");
            Console.ReadLine();
        }
    }

连续2次运行这个控制台程序的exe，结果如下，首先运行的获取 Mutex1 互锁， 后面运行的会等待直到前面运行的释放 Mutex1 互锁。

 3.Semaphore: 信号量的作用于互斥锁类似，但它可以定义一定数量的线程同时使用。下面是构造函数：

            bool isNew = false;
            semaphore = new Semaphore(3, 3, "semaphore1", out isNew);

参数1：创建后，最初释放的锁的数量，如参数1设为2，参数2设为3，则创建后只有2个锁可用，另1个已经锁定；

参数2：定义可用锁的数量；

参数3:  信号量的名称，与Mutex类似；

参数4：是否为新创建的互锁；

以下例子创建了信号量“semaphore1”，利用Parallel.For() 同步运行Func1() ，在Func1() 中，当线程获取信号量锁，释放锁或等待超时，都会在控制台里输出，

class Program
    {
        private static Semaphore semaphore = null;
        static void Main(string[] args)
        {

            Console.WriteLine("Main Start....");
            bool isNew = false;
            semaphore = new Semaphore(3, 3, "semaphore1", out isNew);
            Parallel.For(0, 6, Func1);
            Console.WriteLine("Main end....");
            Console.ReadLine();
        }

        static void Func1(int index)
        {
            Console.WriteLine("Task {0} Start....",Task.CurrentId);
            bool isComplete = false;
            while (!isComplete)
            {
                if (semaphore.WaitOne(1000))
                {
                    try
                    {
                        Console.WriteLine("Task {0} aquire lock....", Task.CurrentId);
                        Thread.Sleep(5000);
                    }
                    finally
                    {
                        semaphore.Release();
                        Console.WriteLine("Task {0} release lock....", Task.CurrentId);
                        isComplete = true;
                    }
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine("Task {0} timeout....", Task.CurrentId);
                }
            }
        }

运行结果如下，线程1，2，3首先获取信号量锁，线程4，5，6在等待，直到1，2，3释放，

Main Start....
Task 1 Start....
Task 1 aquire lock....
Task 2 Start....
Task 2 aquire lock....
Task 3 Start....
Task 3 aquire lock....
Task 4 Start....
Task 5 Start....
Task 6 Start....
Task 4 timeout....
Task 5 timeout....
Task 6 timeout....
Task 5 timeout....
Task 4 timeout....
Task 6 timeout....
Task 4 timeout....
Task 5 timeout....
Task 6 timeout....
Task 4 timeout....
Task 5 timeout....
Task 6 timeout....
Task 5 aquire lock....
Task 1 release lock....
Task 4 aquire lock....
Task 6 aquire lock....
Task 2 release lock....
Task 3 release lock....
Task 5 release lock....
Task 4 release lock....
Task 6 release lock....
Main end....

4. AutoResetEvent 类：可以使用事件通知其他任务，构造函数为 public AutoResetEvent(bool initialState)。

当initialState=true，处于signaled 模式(终止状态)，调用waitone() 也不会阻塞任务，等待信号，调用Reset()方法，可以设置为non-signaled 模式;

当initialState=fasle，处于non-signaled 模式(非终止状态)，调用waitone() 会等待信号阻塞当前线程(可以在多个线程中调用，同时阻塞多个线程)，直到调用set()发送信号释放线程(调用一次，只能释放一个线程)，一般使用这种方式；

以下例子创建5个任务，分别调用waitone()阻塞线程，接着每隔2s 调用set()，

        private static AutoResetEvent autoReset = new AutoResetEvent(false);
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Main Start....");
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Task.Factory.StartNew(() =>
                {
                    Console.WriteLine("{0} Start....", Task.CurrentId);
                    autoReset.WaitOne();
                    Console.WriteLine("{0} Continue....", Task.CurrentId);
                });
            }
            for (int i = 0; i < 5;i++ )
            {
                Thread.Sleep(2000);
                autoReset.Set();
            }
            Console.WriteLine("Main end....");
            Console.ReadLine();
        }

运行结果每次顺序略有不同，释放是随机的：

Main Start....
1 Start....
2 Start....
3 Start....
4 Start....
5 Start....
3 Continue....
1 Continue....
4 Continue....
2 Continue....
Main end....
5 Continue....

 5. ManualResetEvent 类：功能基本上和AutoSetEvent类似，但又一个不同点：

使用AutoSetEvent，每次调用set()，切换到终止模式，只能释放一个waitone()，便会自动切换到非终止模式；但ManualResetEvent，调用set()，切换到终止模式，可以释放当前所有的waitone()，需要手动调用reset()才能切换到非终止模式。

以下例子说明了这个不同的：

        private static ManualResetEvent manualReset = new ManualResetEvent(false);
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Main Start....");
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Task.Factory.StartNew(() =>
                {
                    Console.WriteLine("{0} Start....", Task.CurrentId);
                    manualReset.WaitOne();
                    Console.WriteLine("{0} Continue....", Task.CurrentId);
                });
            }
            Thread.Sleep(2000);
            manualReset.Set();
            manualReset.WaitOne();
            Console.WriteLine("it doesn't work now, Main continue....");
            manualReset.Reset();
            manualReset.WaitOne();
            Console.WriteLine("Main end....");
            Console.ReadLine();
        }

运行结果：

Main Start....
1 Start....
2 Start....
3 Start....
4 Start....
5 Start....
5 Continue....
4 Continue....
3 Continue....
2 Continue....
it doesn't work now, Main continue....
1 Continue....