多线程中的锁系统(一)-基础用法

平常在多线程开发中，总避免不了线程同步。本篇就对net多线程中的锁系统做个简单描述。

阅读目录：

1. lock、Monitor
2. 作用域范围
3. 字符串锁
4. Monitor的用法
5. Mutex
6. Semaphore
7. 总结

lock、Monitor

Lock是Monitor语法糖简化写法，Lock在IL会生成Monitor。

       //======Example 1=====            string obj = "helloworld";            lock (obj)            {                Console.WriteLine(obj);            }            //lock  IL会编译成如下写法            bool isGetLock = false;            Monitor.Enter(obj, ref isGetLock);            try            {                Console.WriteLine(obj);            }            finally            {                if (isGetLock)                {                    Monitor.Exit(obj);                }            }

isGetLock参数是Framework 4.0后新加的。 为了使程序在所有情况下都能够确定，是否有必要释放锁。例: Monitor.Enter拿不到锁

Monitor.Enter 是可以锁值类型的。锁时会装箱成新对象，所以无法做到线程同步。

作用域范围

一：Lock是只能在进程内锁，不能跨进程，内部走的是混合构造，先自旋再转成内核构造。

二：关于对type类型的锁，如下：

   //======Example 2=====            new Thread(new ThreadStart(() => {                lock (typeof(int))                {                    Thread.Sleep(10000);                    Console.WriteLine("Thread1释放");                }            })).Start();            Thread.Sleep(1000);            lock(typeof(int))            {                Console.WriteLine("Thread2释放");            }

运行结果如下：

在看个例子:

  //======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>    /// 跨应用程序域边界或远程访问时需要继承MarshalByRefObject    /// </summary>    public class LockTest : MarshalByRefObject    {        public void Run()        {            lock (typeof(int))            {                Thread.Sleep(10000);                Console.WriteLine(AppDomain.CurrentDomain.FriendlyName + ": Thread 释放," + DateTime.Now);            }        }    }

运行结果如下：

第一个例子说明，在同进程同域，不同线程下，锁type int，其实锁的是同一个int对象，所以要慎用。

第二个例子，这里就简单说下。

A: CLR启动时，会创建系统域（System Domain）和共享域（Shared Domain）， 默认程序域（Default AppDomain）。 系统域和共享域是单例的。程序域可以有多个，例子中我们使用AppDomain.CreateDomain方法创建的。

B: 按正常来说，每个程序域的代码都是隔离，互不影响的。但对于一些基础类型来说，每个程序域都重新加载一份，就显得有点浪费，带来额外的损耗压力。聪明的CLR会把一些基本类型Object, ValueType, Array, Enum, String, and Delegate等所在的程序集MSCorLib.dll，在CLR启动过程中都会加载到共享域。 每个程序域都会使用共享域的基础类型实例。

C: 而每个程序域都有属于自己的托管堆。托管堆中最重要的是GC heap和Loader heap。GC heap用于引用类型实例的存储，生命周期管理和垃圾回收。Loader heap保存类型系统，如MethodTable，数据结构等，Loader heap生命周期不受GC管理，跟程序域卸载有关。

所以共享域中Loader heapMSCorLib.dll中的int实例会一直保留着，直到进程结束。单个程序域卸载也不受影响。作用域很大有没有！！！

这时第二个例子也很容易理解了。 锁int实例是跨程序域的，MSCorLib中的基础类型都是这样，极容易造成死锁。 而自定义类型则会加载到自己的程序域，不会影响其他。

字符串的锁

我们都知道锁的目的，是为了多线程下值被破坏。也知道string在c#是个特殊对象，值是不变的，每次变动都是一个新对象值，这也是推荐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             */

正是由于c#中字符串的这种特性，所以字符串是在多线程下是不会被修改的，只读的。它存在于SystemDomain域中managed heap中的一个hash table中。其中Key为string本身，Value为string对象的地址。

当程序域需要一个string的时候，CLR首先在这个Hashtable根据这个string的hash code试着找对应的Item。如果成功找到，则直接把对应的引用返回，否则就在SystemDomain对应的managed heap中创建该 string，并加入到hash table中，并把引用返回。所以说字符串的生命周期是基于整个进程的，也是跨AppDomain。

Monitor的用法

简单介绍下Wait，Pulse,PulseAll的用法，已加注释。

 static string str = "mushroom";        static void Main(string[] args)        {            new Thread(() =>            {                bool isGetLock = false;                Monitor.Enter(str, ref isGetLock);                try                {                    Console.WriteLine("Thread1第一次获取锁");                    Thread.Sleep(5000);                    Console.WriteLine("Thread1暂时释放锁，并等待其他线程释放通知信号。");                    Monitor.Wait(str);                     Console.WriteLine("Thread1接到通知,第二次获取锁。");                    Thread.Sleep(1000);                }                 finally                {                    if (isGetLock)                    {                        Monitor.Exit(str);                        Console.WriteLine("Thread1释放锁");                    }                }            }).Start();            Thread.Sleep(1000);            new Thread(() =>            {                bool isGetLock = false;                Monitor.Enter(str, ref isGetLock); //一直等待中，直到其他释放。                try                {                    Console.WriteLine("Thread2获得锁");                    Thread.Sleep(5000);                    Monitor.Pulse(str); //通知队列里一个线程，改变锁状态。  Pulseall 通知所有的                    Console.WriteLine("Thread2通知其他线程，改变状态。");                    Thread.Sleep(1000);                }                finally                {                    if (isGetLock)                    {                        Monitor.Exit(str);                        Console.WriteLine("Thread2释放锁");                    }                }            }).Start();            Console.ReadLine();

Mutex

lock是不能跨进程锁的。 mutex作用和lock类似，但是它能跨进程锁资源(走的是windows内核构造)，如例子：

    static bool createNew = false;        //第一个参数 是否应拥有互斥体的初始所属权。即createNew true时，mutex默认获得处理信号        //第二个是名字，第三个是否成功。        public static Mutex mutex = new Mutex(true, "mushroom.mutex", out createNew);        static void Main(string[] args)        {            //======Example 5=====            if (createNew)  //第一个创建成功，这时候已经拿到锁了。 无需再WaitOne了。一定要注意。            {                try                {                    Run();                }                finally                {                    mutex.ReleaseMutex(); //释放当前锁。                  }            }            //WaitOne 函数作用是阻止当前线程，直到拿到收到其他实例释放的处理信号。            //第一个参数是等待超时时间，第二个是否退出上下文同步域。            else if (mutex.WaitOne(10000,false))//            {                try                {                    Run();                }                finally                {                    mutex.ReleaseMutex();                }            }            else//如果没有发现处理信号            {                Console.WriteLine("已经有实例了。");                Console.ReadLine();            }        }        static void Run()        {            Console.WriteLine("实例1");            Console.ReadLine();        }

顺序启动A B实例测试下。A首先拿到锁，输出实例1 。B在等待， 如果10秒内A释放，B拿到执行Run()。超时后输出"已经有实例了"。

这里注意的是第一个拿到处理信号 的实例，已经拿到锁了。不需要再WaitOne。 否则报异常。

Semaphore

即信号量，我们可以把它理解为升级版的mutex。mutex对一个资源进行锁，semaphore则是对多个资源进行加锁。

semaphore是由windows内核维持一个int32变量的线程计数器，线程每调用一次、计数器减一、释放后对应加一， 超出的线程则排队等候。

走的是内核构造，所以semaphore也是可以跨进程的。

 static void Main(string[] args)        {            Console.WriteLine("准备处理队列");            bool createNew = false;            SemaphoreSecurity ss = new SemaphoreSecurity(); //信号量权限控制            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 + "处理中");                    Thread.Sleep(10000);                    semaphore.Release(); //即semaphore.Release(1)                    //semaphore.Release(5);可以释放多个，但不能超过最大值。如果最后释放的总量超过本身总量，也会报错。 不建议使用