.NET基础拾遗（7）多线程开发基础4

一.多线程编程中的线程同步

1.C#中的lock关键字

　　lock关键字可能是我们在遇到线程同步的需求时最常用的方式，但lock只是一个语法糖，为什么这么说呢，下面慢慢道来。

　　（1）lock的等效代码其实是Monitor类的Enter和Exit两个方法

private object locker = new object();
    public void Work()
    {
          lock (locker)
          {
              // 做一些需要线程同步的工作
          }
     }

private object locker = new object();
    public void Work()
    {
        // 避免直接使用私有成员locker（直接使用有可能会导致线程不安全）
        object temp = locker;
        Monitor.Enter(temp);
        try
        {
            // 做一些需要线程同步的工作
        }
        finally
        {
            Monitor.Exit(temp);
        }
    }

（2）System.Threading.Monitor类型的作用和使用

　　Monitor类型的Enter和Exit方法用来实现进入和退出对象的同步，当Enter方法被调用时，对象的同步索引将被检查，并且.NET将负责一系列的后续工作来保证对象访问时的线程同步，而Exit方法的调用则保证了当前线程释放该对象的同步块。

　　示例演示了如何使用lock关键字来实现线程同步：

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 多线程测试静态方法的同步
            Console.WriteLine("开始测试静态方法的同步：");
            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Thread thread = new Thread(Lock.StaticIncrement);
                thread.Start();
            }
            // 这里等待线程执行结束
            Thread.Sleep(5 * 1000);
            Console.WriteLine("-------------------------------");
            // 多线程测试实例方法的同步
            Console.WriteLine("开始测试实例方法的同步：");
            Lock l = new Lock();
            for (int i = 0; i < 6; i++)
            {
                Thread thread = new Thread(l.InstanceIncrement);
                thread.Start();
            }

            Console.ReadKey();
        }
    }

    public class Lock
    {
        // 静态方法同步锁
        private static object staticLocker = new object();
        // 实例方法同步锁
        private object instanceLocker = new object();

        // 成员变量
        private static int staticNumber = 0;
        private int instanceNumber = 0;

        // 测试静态方法的同步
        public static void StaticIncrement(object state)
        {
            lock (staticLocker)
            {
                Console.WriteLine("当前线程ID：{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
                Console.WriteLine("staticNumber的值为：{0}", staticNumber.ToString());
                // 这里可以制造线程并行执行的机会，来检查同步的功能
                Thread.Sleep(200);
                staticNumber++;
                Console.WriteLine("staticNumber自增后为：{0}", staticNumber.ToString());
            }
        }

        // 测试实例方法的同步
        public void InstanceIncrement(object state)
        {
            lock (instanceLocker)
            {
                Console.WriteLine("当前线程ID：{0}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
                Console.WriteLine("instanceNumber的值为：{0}", instanceNumber.ToString());
                // 这里可以制造线程并行执行的机会，来检查同步的功能
                Thread.Sleep(200);
                instanceNumber++;
                Console.WriteLine("instanceNumber自增后为：{0}", instanceNumber.ToString());
            }
        }
    }

　　

PS: 应该完全避免用this对象和当前类型对象作为同步对象，而是在类型中定义私有的同步对象，

同时应该使用lock而不是Monitor类型，这样可以有效地减少同步块不被释放的情况。

2. 互斥体是个什么鬼？Mutex和Monitor两个类型的功能有啥区别？

　　（1）什么是互斥体？

　　在操作系统中，互斥体（Mutex）是指某些代码片段在任意时间内只允许一个线程进入。例如，正在进行一盘棋，任意时刻只允许一个棋手往棋盘上落子，这和线程同步的概念基本一致。

　　（2）.NET中的互斥体

　　Mutex类是.NET中为我们封装的一个互斥体类型，和Mutex类似的还有Semaphore（信号量）等类型。下面的示例代码展示了Mutext类型的使用

class Program
    {
        const string testFile = "C:\\TestMutex.txt";
        /// <summary>
        /// 这个互斥体保证所有的进程都能得到同步
        /// </summary>
        static Mutex mutex = new Mutex(false, "TestMutex");

        static void Main(string[] args)
        {
            //留出时间来启动其他进程
            Thread.Sleep(3000);
            DoWork();
            mutex.Close();
            Console.ReadKey();
        }

        /// <summary>
        /// 往文件里写连续的内容
        /// </summary>
        static void DoWork()
        {
            long d1 = DateTime.Now.Ticks;
            mutex.WaitOne();
            long d2 = DateTime.Now.Ticks;
            Console.WriteLine("经过了{0}个Tick后进程{1}得到互斥体，进入临界区代码。", (d2 - d1).ToString(), Process.GetCurrentProcess().Id.ToString());

            try
            {
                if (!File.Exists(testFile))
                {
                    FileStream fs = File.Create(testFile);
                    fs.Dispose();
                }
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    // 每次都保证文件被关闭再重新打开
                    // 确定有mutex来同步，而不是IO机制
                    using (FileStream fs = File.Open(testFile, FileMode.Append))
                    {
                        string content = "【进程" + Process.GetCurrentProcess().Id.ToString() +
                            "】:" + i.ToString() + "\r\n";
                        Byte[] data = Encoding.Default.GetBytes(content);
                        fs.Write(data, 0, data.Length);
                    }
                    // 模拟做了其他工作
                    Thread.Sleep(300);
                }
            }
            finally
            {
                mutex.ReleaseMutex();
            }
        }
    }　

模拟多个用户，执行上述代码，下图就是在我的计算机上的执行结果：

　　现在打开C盘目录下的TestMutext.txt文件，将看到如下图所示的结果：

（3）Mutex和Monitor的区别

　　这两者虽然都用来进行同步的功能，但实现方法不同，其最显著的两个差别如下：

　　① Mutex使用的是操作系统的内核对象，而Monitor类型的同步机制则完全在.NET框架之下实现，这就导致了Mutext类型的效率要比Monitor类型要低很多；

　　② Monitor类型只能同步同一应用程序域中的线程，而Mutex类型却可以跨越应用程序域和进程。