C#使用Monitor类、Lock和Mutex类进行多线程同步

在多线程中，为了使数据保持一致性必须要对数据或是访问数据的函数加锁，在数据库中这是很常见的，但是在程序中由于大部分都是单线程的程序，所以没有加锁的必要，但是在多线程中，为了保持数据的同步，一定要加锁，好在Framework中已经为我们提供了三个加锁的机制，分别是Monitor类、Lock关键字和Mutex类。

        其中Lock关键词用法比较简单，Monitor类和Lock的用法差不多。这两个都是锁定数据或是锁定被调用的函数。而Mutex则多用于锁定多线程间的同步调用。简单的说，Monitor和Lock多用于锁定被调用端，而Mutex则多用锁定调用端。

例如下面程序：由于这种程序都是毫秒级的，所以运行下面的程序可能在不同的机器上有不同的结果，在同一台机器上不同时刻运行也有不同的结果，我的测试环境为vs2005, windowsXp , CPU3.0 , 1 G monery。

        程序中有两个线程thread1、thread2和一个TestFunc函数，TestFunc会打印出调用它的线程名和调用的时间(mm级的)，两个线程分别以30mm和100mm来调用TestFunc这个函数。TestFunc执行的时间为50mm。程序如下：

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Text;

using System.Threading;

namespace MonitorLockMutex

{

    class Program

    {

        #region variable

        Thread thread1 = null;

        Thread thread2 = null;

        Mutex mutex = null;

        #endregion

        static void Main(string[] args)

        {

            Program p = new Program();

            p.RunThread();

            Console.ReadLine();

        }

        public Program()

        {

            mutex = new Mutex();

            thread1 = new Thread(new ThreadStart(thread1Func));

            thread2 = new Thread(new ThreadStart(thread2Func));

        }

        public void RunThread()

        {

            thread1.Start();

            thread2.Start();

        }

        private void thread1Func()

        {

            for (int count = 0; count < 10; count++)

            {

                TestFunc("Thread1 have run " + count.ToString() + " times");

                Thread.Sleep(30);

            }

        }

        private void thread2Func()

        {

            for (int count = 0; count < 10; count++)

            {

                TestFunc("Thread2 have run " + count.ToString() + " times");

                Thread.Sleep(100);

            }

        }

        private void TestFunc(string str)

        {

            Console.WriteLine("{0} {1}", str, System.DateTime.Now.Millisecond.ToString());

            Thread.Sleep(50);

        }

    }

}

运行结果如下：

 

        可以看出如果不加锁的话，这两个线程基本上是按照各自的时间间隔+TestFunc的执行时间(50mm)对TestFunc函数进行读取。因为线程在开始时需要分配内存，所以第0次的调用不准确，从第1~9次的调用可以看出，thread1的执行间隔约是80mm，thread2的执行间隔约是150mm。

现在将TestFunc修改如下：

private void TestFunc(string str)

{

   lock (this)

   {

      Console.WriteLine("{0} {1}", str, System.DateTime.Now.Millisecond.ToString());

      Thread.Sleep(50);

   }

}

或者是用Monitor也是一样的，如下：

private void TestFunc(string str)

{

      Monitor.Enter(this);

      Console.WriteLine("{0} {1}", str, System.DateTime.Now.Millisecond.ToString());

      Thread.Sleep(50);

      Monitor.Exit(this);

}

其中Enter和Exit都是Monitor中的静态方法。

运行Lock结果如下：

        让我们分析一下结果，同样从第1次开始。相同线程间的调用时间间隔为线程执行时间+TestFunc调用时间，不同线程间的调用时间间隔为TestFunc调用时间。例如：连续两次调用thread1之间的时间间隔约为30+50=80;连续两次调用thread2之间的时间间隔约为100+50=150mm。调用thread1和thread2之间的时间间隔为50mm。因为TestFunc被lock住了，所以一个thread调用TestFunc后，当其它的线程也同时调用TestFunc时，后来的线程即进被排到等待队列中等待，直到拥有访问权的线程释放这个资源为止。

        这就是锁定被调用函数的特性，即只能保证每次被一个线程调用，线程优先级高的调用的次数就多，低的就少，这就是所谓的强占式。

        下面让我们看看Mutex类的使用方法，以及与Monitor和Lock的区别。

将代码修改如下：

        private void thread1Func()

        {

            for (int count = 0; count < 10; count++)

            {

                mutex.WaitOne();

                TestFunc("Thread1 have run " + count.ToString() + " times");

                mutex.ReleaseMutex();

            }

        }

 

        private void thread2Func()

        {

            for (int count = 0; count < 10; count++)

            {

                mutex.WaitOne();

                TestFunc("Thread2 have run " + count.ToString() + " times");

                mutex.ReleaseMutex();

            }

        }

 

        private void TestFunc(string str)

        {

            Console.WriteLine("{0} {1}", str, System.DateTime.Now.Millisecond.ToString());

            Thread.Sleep(50);

        }

运行结果如下：

 

        可以看出，Mutex只能互斥线程间的调用，但是不能互斥本线程的重复调用，即thread1中waitOne()只对thread2中的waitOne()起到互斥的作用，但是thread1并不受本wainOne()的影响，可以调用多次，只是在调用结束后调用相同次数的ReleaseMutex()就可以了。

        那么如何使线程按照调用顺序来依次执行呢？其实把lock和Mutex结合起来使用就可以了，改代码如下：

        private void thread1Func()

        {

            for (int count = 0; count < 10; count++)

            {

                lock (this)

                {

                    mutex.WaitOne();

                    TestFunc("Thread1 have run " + count.ToString() + " times");

                    mutex.ReleaseMutex();

                }

            }

        }

 

        private void thread2Func()

        {

            for (int count = 0; count < 10; count++)

            {

                lock (this)

                {

                    mutex.WaitOne();

                    TestFunc("Thread2 have run " + count.ToString() + " times");

                    mutex.ReleaseMutex();

                }

            }

        }