C#多线程编程中的锁系统（三）

2020-01-24 02:00:48

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供稿：网友

本章主要说下基于内核模式构造的线程同步方式，事件，信号量。

一：理论
二：WaitHandle
三：AutoResetEvent
四：ManualResetEvent
五：总结

一：理论

我们晓得线程同步可分为，用户模式构造和内核模式构造。

内核模式构造：是由windows系统本身使用，内核对象进行调度协助的。内核对象是系统地址空间中的一个内存块，由系统创建维护。

　　内核对象为内核所拥有，而不为进程所拥有，所以不同进程可以访问同一个内核对象, 如进程，线程，作业，事件，文件，信号量，互斥量等都是内核对象。

　　而信号量，互斥体，事件是windows专门用来帮助我们进行线程同步的内核对象。

　　对于线程同步操作来说，内核对象只有2个状态，触发(终止，true)、未触发(非终止，false)。未触发不可调度，触发可调度。

用户模式构造：是由特殊CPU指令来协调线程，上节讲的volatile实现就是一种，Interlocked也是。也可称为非阻塞线程同步。

二：WaitHandle

在windows编程中，我们通过API创建一个内核对象后会返回一个句柄，句柄则是每个进程句柄表的索引，而后可以拿到内核对象的指针、掩码、标示等。

而WaitHandle抽象基类类作用是包装了一个windows内核对象的句柄。我们来看下其中一个WaitOne的函数源码(略精简)。

复制代码代码如下:

public virtual bool WaitOne(TimeSpan timeout)
        {
            return WaitOne(timeout, false);
        }

        [System.Security.SecuritySafeCritical] // auto-generated
        [SuppressMessage("Microsoft.Concurrency", "CA8001", Justification = "Reviewed for thread-safety.")]
        private bool WaitOne(long timeout, bool exitContext)
        {
            return InternalWaitOne(safeWaitHandle, timeout, hasThreadAffinity, exitContext);
        }
        [System.Security.SecurityCritical]
        internal static bool InternalWaitOne(SafeHandle waitableSafeHandle, long millisecondsTimeout, bool hasThreadAffinity, bool exitContext)
        {
            Contract.EndContractBlock();
            int ret = WaitOneNative(waitableSafeHandle, (uint)millisecondsTimeout, hasThreadAffinity, exitContext);

            if (ret == WAIT_ABANDONED)
            {
                ThrowAbandonedMutexException();
            }
            return (ret != WaitTimeout);
        }
        //调用win32 waitforsingleobjectEx
        [System.Security.SecurityCritical]
        [ResourceExposure(ResourceScope.None)]
        [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.InternalCall)]
        private static extern int WaitOneNative(SafeHandle waitableSafeHandle, uint millisecondsTimeout, bool hasThreadAffinity, bool exitContext);

WaitAll 和WaitAny 调用win32中，waitformultipleobjectsEx函数。

SignalAndWaitOne 调用win32中，signalandwait函数。

调用api带ex都是设置超时的。如果我们在c#中不传，默认是-1 表示无限期等待。

其中SafeWaitHandle字段，包含了一个win32内核对象句柄。

理解了WaitHandle其他都好办了，我们来看下它的派生类型。

复制代码代码如下:

WaitHandle
　　|――EventWaitHandle                  事件构造。
　　　　|――AutoResetEvent
　　　　|――ManualResetEvent
　　|――Semaphore                         信号量构造。
　　|――Mutex                                 互斥体构造。

其中Semaphore和mutex第一章已经说过了，下面来看看其他的。

三：AutoResetEvent

使用示例如下，有简单注释。关于描述，尽量贴近系统自身术语。

复制代码代码如下:

static void Main(string[] args)
        {
            //AutoResetEvent example
            //AutoResetEvent 通知正在等待的线程已发生的事件。
            AutoResetEvent waitHandler = new AutoResetEvent(false);//false 即非终止，未触发。
            new Thread(() =>
            {
                waitHandler.WaitOne(); //阻塞当前线程，等待底层内核对象收到信号。
                Console.WriteLine("接收到信号，开始处理。");

            }).Start();
            new Thread(() =>
            {
                Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("发信号");
                waitHandler.Set();    //向内核对象发送信号。设置事件对象为非终止状态、false，解除阻塞。

            }).Start();
            //waitHandler.Close(); //释放句柄资源。
            //waitHandler.Reset(); //手动设置事件为非终止状态、false，线程阻止。
            Console.ReadLine();
        }

WaitOne 阻塞线程，非自旋。

Set() 发出一个信号后，设置事件状态为false。这本应该是2步的操作，AutoResetEvent.set()函数，给2步一起自动做了，很方便。

四：ManualResetEvent

这个和上面基本一样，从字面来说需要手动重置状态，我们来看例子。

复制代码代码如下:

ManualResetEvent manualWaitHandler = new ManualResetEvent(false);//false 即非终止，未触发。
            new Thread(() =>
            {
                manualWaitHandler.WaitOne(); //阻塞当前线程对象，等待信号。
                Console.WriteLine("接收到信号，开始处理。");

                manualWaitHandler.Reset(); //手动设置事件对象状态为非终止状态，false。
                manualWaitHandler.WaitOne(); //这里直接阻塞等待无效，因为事件对象还是true，必须手动调reset。
                Console.WriteLine("第二次接收到信号，开始处理。");

            }).Start();
            new Thread(() =>
            {
                Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("发信号");
                manualWaitHandler.Set();    //向事件对象发送ok信号。。

                Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("第二次发信号");
                manualWaitHandler.Set();
            }).Start();
            Console.ReadLine();

这2则区别很小，其实是系统Api的区分，不是net类库实现的。

在Win32Native类中，我可以看到KERNEL32 api 有这么个参数isManualReset。

复制代码代码如下:

 [DllImport(KERNEL32, SetLastError=true, CharSet=CharSet.Auto, BestFitMapping=false)]
        [ResourceExposure(ResourceScope.Machine)] // Machine or none based on the value of "name"
        internal static extern SafeWaitHandle CreateEvent(SECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, bool isManualReset, bool initialState, String name);

五：总结

基于内核模式构造的同步步骤是：托管代码->用户模式代码->内核模式代码。

用户模式构造，是利用CPU特殊指令，进行原子操作。

用户模式代码，如图。是指托管代码调用 win32代码这一层，之后在调内核模式代码。