目錄

• 1.1 簡(jiǎn)介
• 1.2 執(zhí)行基本原子操作
• 1.3 使用Mutex類(lèi)
• 1.4 使用SemaphoreSlim類(lèi)
• 1.5 使用AutoResetEvent類(lèi)
• 1.6 使用ManualResetEventSlim類(lèi)
• 1.7 使用CountDownEvent類(lèi)
• 1.8 使用Barrier類(lèi)
• 1.9 使用ReaderWriterLockSlim類(lèi)
• 1.10 使用SpinWait類(lèi)
• 參考書(shū)籍
• 筆者水平有限，如果錯(cuò)誤歡迎各位批評(píng)指正！

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1.1 簡(jiǎn)介#

本章介紹在C#中實(shí)現(xiàn)線程同步的幾種方法。因?yàn)槎鄠€(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)時(shí)，可能會(huì)造成共享數(shù)據(jù)的損壞，從而導(dǎo)致與預(yù)期的結(jié)果不相符。為了解決這個(gè)問(wèn)題，所以需要用到線程同步，也被俗稱(chēng)為“加鎖”。但是加鎖絕對(duì)不對(duì)提高性能，最多也就是不增不減，要實(shí)現(xiàn)性能不增不減還得靠高質(zhì)量的同步源語(yǔ)(Synchronization Primitive)。但是因?yàn)?strong>正確永遠(yuǎn)比速度更重要，所以線程同步在某些場(chǎng)景下是必須的。

線程同步有兩種源語(yǔ)(Primitive)構(gòu)造：用戶(hù)模式(user - mode)和內(nèi)核模式(kernel - mode)，當(dāng)資源可用時(shí)間短的情況下，用戶(hù)模式要優(yōu)于內(nèi)核模式，但是如果長(zhǎng)時(shí)間不能獲得資源，或者說(shuō)長(zhǎng)時(shí)間處于“自旋”，那么內(nèi)核模式是相對(duì)來(lái)說(shuō)好的選擇。

但是我們希望兼具用戶(hù)模式和內(nèi)核模式的優(yōu)點(diǎn)，我們把它稱(chēng)為混合構(gòu)造(hybrid construct)，它兼具了兩種模式的優(yōu)點(diǎn)。

在C#中有多種線程同步的機(jī)制，通常可以按照以下順序進(jìn)行選擇。

如果代碼能通過(guò)優(yōu)化可以不進(jìn)行同步，那么就不要做同步。

使用原子性的Interlocked方法。

使用lock/Monitor類(lèi)。

使用異步鎖，如SemaphoreSlim.WaitAsync()。

使用其它加鎖機(jī)制，如ReaderWriterLockSlim、Mutex、Semaphore等。

如果系統(tǒng)提供了*Slim版本的異步對(duì)象，那么請(qǐng)選用它，因?yàn)?Slim版本全部都是混合鎖，在進(jìn)入內(nèi)核模式前實(shí)現(xiàn)了某種形式的自旋。

在同步中，一定要注意避免死鎖的發(fā)生，死鎖的發(fā)生必須滿足以下4個(gè)基本條件，所以只需要破壞任意一個(gè)條件，就可避免發(fā)生死鎖。

排他或互斥(Mutual exclusion)：一個(gè)線程(ThreadA)獨(dú)占一個(gè)資源，沒(méi)有其它線程(ThreadB)能獲取相同的資源。

占有并等待(Hold and wait)：互斥的一個(gè)線程(ThreadA)請(qǐng)求獲取另一個(gè)線程(ThreadB)占有的資源.

不可搶先(No preemption)：一個(gè)線程(ThreadA)占有資源不能被強(qiáng)制拿走(只能等待ThreadA主動(dòng)釋放它的資源)。

循環(huán)等待條件(Circular wait condition)：兩個(gè)或多個(gè)線程構(gòu)成一個(gè)循環(huán)等待鏈，它們鎖定兩個(gè)或多個(gè)相同的資源，每個(gè)線程都在等待鏈中的下一個(gè)線程占有的資源。

1.2 執(zhí)行基本原子操作#

CLR保證了對(duì)這些數(shù)據(jù)類(lèi)型的讀寫(xiě)是原子性的：Boolean、Char、(S)Byte、(U)Int16、(U)Int32、(U)IntPtr和Single。但是如果讀寫(xiě)Int64可能會(huì)發(fā)生讀取撕裂(torn read)的問(wèn)題，因?yàn)樵?2位操作系統(tǒng)中，它需要執(zhí)行兩次Mov操作，無(wú)法在一個(gè)時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完成。

那么在本節(jié)中，就會(huì)著重的介紹System.Threading.Interlocked類(lèi)提供的方法，Interlocked類(lèi)中的每個(gè)方法都是執(zhí)行一次的讀取以及寫(xiě)入操作。更多與Interlocked類(lèi)相關(guān)的資料請(qǐng)參考鏈接，戳一戳本文不在贅述。

演示代碼如下所示，分別使用了三種方式進(jìn)行計(jì)數(shù)：錯(cuò)誤計(jì)數(shù)方式、lock鎖方式和Interlocked原子方式。

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private static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("錯(cuò)誤的計(jì)數(shù)"); var c = new Counter(); Execute(c); Console.WriteLine("--------------------------"); Console.WriteLine("正確的計(jì)數(shù) - 有鎖"); var c2 = new CounterWithLock(); Execute(c2); Console.WriteLine("--------------------------"); Console.WriteLine("正確的計(jì)數(shù) - 無(wú)鎖"); var c3 = new CounterNoLock(); Execute(c3); Console.ReadLine(); } static void Execute(CounterBase c) { // 統(tǒng)計(jì)耗時(shí) var sw = new Stopwatch(); sw.Start(); var t1 = new Thread(() => TestCounter(c)); var t2 = new Thread(() => TestCounter(c)); var t3 = new Thread(() => TestCounter(c)); t1.Start(); t2.Start(); t3.Start(); t1.Join(); t2.Join(); t3.Join(); sw.Stop(); Console.WriteLine($"Total count: {c.Count} Time:{sw.ElapsedMilliseconds} ms"); } static void TestCounter(CounterBase c) { for (int i = 0; i < 100000; i++) { c.Increment(); c.Decrement(); } } class Counter : CounterBase { public override void Increment() { _count++; } public override void Decrement() { _count--; } } class CounterNoLock : CounterBase { public override void Increment() { // 使用Interlocked執(zhí)行原子操作 Interlocked.Increment(ref _count); } public override void Decrement() { Interlocked.Decrement(ref _count); } } class CounterWithLock : CounterBase { private readonly object _syncRoot = new Object(); public override void Increment() { // 使用Lock關(guān)鍵字 鎖定私有變量 lock (_syncRoot) { // 同步塊 Count++; } } public override void Decrement() { lock (_syncRoot) { Count--; } } } abstract class CounterBase { protected int _count; public int Count { get { return _count; } set { _count = value; } } public abstract void Increment(); public abstract void Decrement(); }

運(yùn)行結(jié)果如下所示，與預(yù)期結(jié)果基本相符。

1.3 使用Mutex類(lèi)#

System.Threading.Mutex在概念上和System.Threading.Monitor幾乎一樣，但是Mutex同步對(duì)文件或者其他跨進(jìn)程的資源進(jìn)行訪問(wèn)，也就是說(shuō)Mutex是可跨進(jìn)程的。因?yàn)槠涮匦?#xff0c;它的一個(gè)用途是限制應(yīng)用程序不能同時(shí)運(yùn)行多個(gè)實(shí)例。

Mutex對(duì)象支持遞歸，也就是說(shuō)同一個(gè)線程可多次獲取同一個(gè)鎖，這在后面演示代碼中可觀察到。由于Mutex的基類(lèi)System.Theading.WaitHandle實(shí)現(xiàn)了IDisposable接口，所以當(dāng)不需要在使用它時(shí)要注意進(jìn)行資源的釋放。更多資料：戳一戳

演示代碼如下所示，簡(jiǎn)單的演示了如何創(chuàng)建單實(shí)例的應(yīng)用程序和Mutex遞歸獲取鎖的實(shí)現(xiàn)。

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const string MutexName = "CSharpThreadingCookbook"; static void Main(string[] args) { // 使用using 及時(shí)釋放資源 using (var m = new Mutex(false, MutexName)) { if (!m.WaitOne(TimeSpan.FromSeconds(5), false)) { Console.WriteLine("已經(jīng)有實(shí)例正在運(yùn)行!"); } else { Console.WriteLine("運(yùn)行中..."); // 演示遞歸獲取鎖 Recursion(); Console.ReadLine(); m.ReleaseMutex(); } } Console.ReadLine(); } static void Recursion() { using (var m = new Mutex(false, MutexName)) { if (!m.WaitOne(TimeSpan.FromSeconds(2), false)) { // 因?yàn)镸utex支持遞歸獲取鎖 所以永遠(yuǎn)不會(huì)執(zhí)行到這里 Console.WriteLine("遞歸獲取鎖失敗！"); } else { Console.WriteLine("遞歸獲取鎖成功！"); } } }

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示，打開(kāi)了兩個(gè)應(yīng)用程序，因?yàn)槭褂肕utex實(shí)現(xiàn)了單實(shí)例，所以第二個(gè)應(yīng)用程序無(wú)法獲取鎖，就會(huì)顯示已有實(shí)例正在運(yùn)行。

1.4 使用SemaphoreSlim類(lèi)#

SemaphoreSlim類(lèi)與之前提到的同步類(lèi)有鎖不同，之前提到的同步類(lèi)都是互斥的，也就是說(shuō)只允許一個(gè)線程進(jìn)行訪問(wèn)資源，而SemaphoreSlim是可以允許多個(gè)訪問(wèn)。

在之前的部分有提到，以*Slim結(jié)尾的線程同步類(lèi)，都是工作在混合模式下的，也就是說(shuō)開(kāi)始它們都是在用戶(hù)模式下"自旋"，等發(fā)生第一次競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，才切換到內(nèi)核模式。但是SemaphoreSlim不同于Semaphore類(lèi)，它不支持系統(tǒng)信號(hào)量，所以它不能用于進(jìn)程之間的同步。

該類(lèi)使用比較簡(jiǎn)單，演示代碼演示了6個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)只允許4個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)庫(kù)，如下所示。

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static void Main(string[] args) { // 創(chuàng)建6個(gè)線程 競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)AccessDatabase for (int i = 1; i <= 6; i++) { string threadName = "線程 " + i; // 越后面的線程，訪問(wèn)時(shí)間越久 方便查看效果 int secondsToWait = 2 + 2 * i; var t = new Thread(() => AccessDatabase(threadName, secondsToWait)); t.Start(); } Console.ReadLine(); } // 同時(shí)允許4個(gè)線程訪問(wèn) static SemaphoreSlim _semaphore = new SemaphoreSlim(4); static void AccessDatabase(string name, int seconds) { Console.WriteLine($"{name} 等待訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù).... {DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss.ffff")}"); // 等待獲取鎖 進(jìn)入臨界區(qū) _semaphore.Wait(); Console.WriteLine($"{name} 已獲取對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)權(quán)限 {DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss.ffff")}"); // Do something Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds)); Console.WriteLine($"{name} 訪問(wèn)完成... {DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss.ffff")}"); // 釋放鎖 _semaphore.Release(); }

運(yùn)行結(jié)果如下所示，可見(jiàn)前4個(gè)線程馬上就獲取到了鎖，進(jìn)入了臨界區(qū)，而另外兩個(gè)線程在等待；等有鎖被釋放時(shí)，才能進(jìn)入臨界區(qū)。

1.5 使用AutoResetEvent類(lèi)#

AutoResetEvent叫自動(dòng)重置事件，雖然名稱(chēng)中有事件一詞，但是重置事件和C#中的委托沒(méi)有任何關(guān)系，這里的事件只是由內(nèi)核維護(hù)的Boolean變量，當(dāng)事件為false，那么在事件上等待的線程就阻塞；事件變?yōu)閠rue，那么阻塞解除。

在.Net中有兩種此類(lèi)事件，即AutoResetEvent(自動(dòng)重置事件)和ManualResetEvent(手動(dòng)重置事件)。這兩者均是采用內(nèi)核模式，它的區(qū)別在于當(dāng)重置事件為true時(shí)，自動(dòng)重置事件它只喚醒一個(gè)阻塞的線程，會(huì)自動(dòng)將事件重置回false，造成其它線程繼續(xù)阻塞。而手動(dòng)重置事件不會(huì)自動(dòng)重置，必須通過(guò)代碼手動(dòng)重置回false。

因?yàn)橐陨系脑?#xff0c;所以在很多文章和書(shū)籍中不推薦使用AutoResetEvent(自動(dòng)重置事件)，因?yàn)樗苋菀自诰帉?xiě)生產(chǎn)者線程時(shí)發(fā)生失誤，造成它的迭代次數(shù)多余消費(fèi)者線程。

演示代碼如下所示，該代碼演示了通過(guò)AutoResetEvent實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線程的互相同步。

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static void Main(string[] args) { var t = new Thread(() => Process(10)); t.Start(); Console.WriteLine("等待另一個(gè)線程完成工作！"); // 等待工作線程通知 主線程阻塞 _workerEvent.WaitOne(); Console.WriteLine("第一個(gè)操作已經(jīng)完成！"); Console.WriteLine("在主線程上執(zhí)行操作"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5)); // 發(fā)送通知 工作線程繼續(xù)運(yùn)行 _mainEvent.Set(); Console.WriteLine("現(xiàn)在在第二個(gè)線程上運(yùn)行第二個(gè)操作"); // 等待工作線程通知 主線程阻塞 _workerEvent.WaitOne(); Console.WriteLine("第二次操作完成！"); Console.ReadLine(); } // 工作線程Event private static AutoResetEvent _workerEvent = new AutoResetEvent(false); // 主線程Event private static AutoResetEvent _mainEvent = new AutoResetEvent(false); static void Process(int seconds) { Console.WriteLine("開(kāi)始長(zhǎng)時(shí)間的工作..."); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds)); Console.WriteLine("工作完成!"); // 發(fā)送通知 主線程繼續(xù)運(yùn)行 _workerEvent.Set(); Console.WriteLine("等待主線程完成其它工作"); // 等待主線程通知 工作線程阻塞 _mainEvent.WaitOne(); Console.WriteLine("啟動(dòng)第二次操作..."); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds)); Console.WriteLine("工作完成!"); // 發(fā)送通知 主線程繼續(xù)運(yùn)行 _workerEvent.Set(); }

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示，與預(yù)期結(jié)果符合。

1.6 使用ManualResetEventSlim類(lèi)#

ManualResetEventSlim使用和ManualResetEvent類(lèi)基本一致，只是ManualResetEventSlim工作在混合模式下，而它與AutoResetEventSlim不同的地方就是需要手動(dòng)重置事件，也就是調(diào)用Reset()才能將事件重置為false。

演示代碼如下，形象的將ManualResetEventSlim比喻成大門(mén)，當(dāng)事件為true時(shí)大門(mén)打開(kāi)，線程解除阻塞；而事件為false時(shí)大門(mén)關(guān)閉，線程阻塞。

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static void Main(string[] args) { var t1 = new Thread(() => TravelThroughGates("Thread 1", 5)); var t2 = new Thread(() => TravelThroughGates("Thread 2", 6)); var t3 = new Thread(() => TravelThroughGates("Thread 3", 12)); t1.Start(); t2.Start(); t3.Start(); // 休眠6秒鐘 只有Thread 1小于 6秒鐘，所以事件重置時(shí) Thread 1 肯定能進(jìn)入大門(mén) 而 Thread 2 可能可以進(jìn)入大門(mén) Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(6)); Console.WriteLine($"大門(mén)現(xiàn)在打開(kāi)了! 時(shí)間：{DateTime.Now.ToString("mm:ss.ffff")}"); _mainEvent.Set(); // 休眠2秒鐘 此時(shí) Thread 2 肯定可以進(jìn)入大門(mén) Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2)); _mainEvent.Reset(); Console.WriteLine($"大門(mén)現(xiàn)在關(guān)閉了! 時(shí)間：{DateTime.Now.ToString("mm: ss.ffff")}"); // 休眠10秒鐘 Thread 3 可以進(jìn)入大門(mén) Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10)); Console.WriteLine($"大門(mén)現(xiàn)在第二次打開(kāi)! 時(shí)間：{DateTime.Now.ToString("mm: ss.ffff")}"); _mainEvent.Set(); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2)); Console.WriteLine($"大門(mén)現(xiàn)在關(guān)閉了! 時(shí)間：{DateTime.Now.ToString("mm: ss.ffff")}"); _mainEvent.Reset(); Console.ReadLine(); } static void TravelThroughGates(string threadName, int seconds) { Console.WriteLine($"{threadName} 進(jìn)入睡眠 時(shí)間：{DateTime.Now.ToString("mm:ss.ffff")}"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds)); Console.WriteLine($"{threadName} 等待大門(mén)打開(kāi)! 時(shí)間：{DateTime.Now.ToString("mm:ss.ffff")}"); _mainEvent.Wait(); Console.WriteLine($"{threadName} 進(jìn)入大門(mén)! 時(shí)間：{DateTime.Now.ToString("mm:ss.ffff")}"); } static ManualResetEventSlim _mainEvent = new ManualResetEventSlim(false);

運(yùn)行結(jié)果如下，與預(yù)期結(jié)果相符。

1.7 使用CountDownEvent類(lèi)#

CountDownEvent類(lèi)內(nèi)部構(gòu)造使用了一個(gè)ManualResetEventSlim對(duì)象。這個(gè)構(gòu)造阻塞一個(gè)線程，直到它內(nèi)部計(jì)數(shù)器(CurrentCount)變?yōu)?時(shí)，才解除阻塞。也就是說(shuō)它并不是阻止對(duì)已經(jīng)枯竭的資源池的訪問(wèn)，而是只有當(dāng)計(jì)數(shù)為0時(shí)才允許訪問(wèn)。

這里需要注意的是，當(dāng)CurrentCount變?yōu)?時(shí)，那么它就不能被更改了。為0以后，Wait()方法的阻塞被解除。

演示代碼如下所示，只有當(dāng)Signal()方法被調(diào)用2次以后，Wait()方法的阻塞才被解除。

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static void Main(string[] args) { Console.WriteLine($"開(kāi)始兩個(gè)操作 {DateTime.Now.ToString("mm:ss.ffff")}"); var t1 = new Thread(() => PerformOperation("操作 1 完成！", 4)); var t2 = new Thread(() => PerformOperation("操作 2 完成！", 8)); t1.Start(); t2.Start(); // 等待操作完成 _countdown.Wait(); Console.WriteLine($"所有操作都完成 {DateTime.Now.ToString("mm: ss.ffff")}"); _countdown.Dispose(); Console.ReadLine(); } // 構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)為2 表示只有調(diào)用了兩次 Signal方法 CurrentCount 為 0時(shí) Wait的阻塞才解除 static CountdownEvent _countdown = new CountdownEvent(2); static void PerformOperation(string message, int seconds) { Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds)); Console.WriteLine($"{message} {DateTime.Now.ToString("mm:ss.ffff")}"); // CurrentCount 遞減 1 _countdown.Signal(); }

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示，可見(jiàn)只有當(dāng)操作1和操作2都完成以后，才執(zhí)行輸出所有操作都完成。

1.8 使用Barrier類(lèi)#

Barrier類(lèi)用于解決一個(gè)非常稀有的問(wèn)題，平時(shí)一般用不上。Barrier類(lèi)控制一系列線程進(jìn)行階段性的并行工作。

假設(shè)現(xiàn)在并行工作分為2個(gè)階段，每個(gè)線程在完成它自己那部分階段1的工作后，必須停下來(lái)等待其它線程完成階段1的工作；等所有線程均完成階段1工作后，每個(gè)線程又開(kāi)始運(yùn)行，完成階段2工作，等待其它線程全部完成階段2工作后，整個(gè)流程才結(jié)束。

演示代碼如下所示，該代碼演示了兩個(gè)線程分階段的完成工作。

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static void Main(string[] args) { var t1 = new Thread(() => PlayMusic("鋼琴家", "演奏一首令人驚嘆的獨(dú)奏曲", 5)); var t2 = new Thread(() => PlayMusic("歌手", "唱著他的歌", 2)); t1.Start(); t2.Start(); Console.ReadLine(); } static Barrier _barrier = new Barrier(2, Console.WriteLine($"第 {b.CurrentPhaseNumber + 1} 階段結(jié)束")); static void PlayMusic(string name, string message, int seconds) { for (int i = 1; i < 3; i++) { Console.WriteLine("----------------------------------------------"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds)); Console.WriteLine($"{name} 開(kāi)始 {message}"); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds)); Console.WriteLine($"{name} 結(jié)束 {message}"); _barrier.SignalAndWait(); } }

運(yùn)行結(jié)果如下所示，當(dāng)“歌手”線程完成后，并沒(méi)有馬上結(jié)束，而是等待“鋼琴家”線程結(jié)束，當(dāng)"鋼琴家"線程結(jié)束后，才開(kāi)始第2階段的工作。

1.9 使用ReaderWriterLockSlim類(lèi)#

ReaderWriterLockSlim類(lèi)主要是解決在某些場(chǎng)景下，讀操作多于寫(xiě)操作而使用某些互斥鎖當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)資源時(shí)，只有一個(gè)線程能訪問(wèn)，導(dǎo)致性能急劇下降。

如果所有線程都希望以只讀的方式訪問(wèn)數(shù)據(jù)，就根本沒(méi)有必要阻塞它們；如果一個(gè)線程希望修改數(shù)據(jù)，那么這個(gè)線程才需要獨(dú)占訪問(wèn)，這就是ReaderWriterLockSlim的典型應(yīng)用場(chǎng)景。這個(gè)類(lèi)就像下面這樣來(lái)控制線程。

• 一個(gè)線程向數(shù)據(jù)寫(xiě)入是，請(qǐng)求訪問(wèn)的其他所有線程都被阻塞。
• 一個(gè)線程讀取數(shù)據(jù)時(shí)，請(qǐng)求讀取的線程允許讀取，而請(qǐng)求寫(xiě)入的線程被阻塞。
• 寫(xiě)入線程結(jié)束后，要么解除一個(gè)寫(xiě)入線程的阻塞，使寫(xiě)入線程能向數(shù)據(jù)接入，要么解除所有讀取線程的阻塞，使它們能并發(fā)讀取數(shù)據(jù)。如果線程沒(méi)有被阻塞，鎖就可以進(jìn)入自由使用的狀態(tài)，可供下一個(gè)讀線程或?qū)懢€程獲取。
• 從數(shù)據(jù)讀取的所有線程結(jié)束后，一個(gè)寫(xiě)線程被解除阻塞，使它能向數(shù)據(jù)寫(xiě)入。如果線程沒(méi)有被阻塞，鎖就可以進(jìn)入自由使用的狀態(tài)，可供下一個(gè)讀線程或?qū)懢€程獲取。

ReaderWriterLockSlim還支持從讀線程升級(jí)為寫(xiě)線程的操作，詳情請(qǐng)戳一戳。文本不作介紹。ReaderWriterLock類(lèi)已經(jīng)過(guò)時(shí)，而且存在許多問(wèn)題，沒(méi)有必要去使用。

示例代碼如下所示，創(chuàng)建了3個(gè)讀線程，2個(gè)寫(xiě)線程，讀線程和寫(xiě)線程競(jìng)爭(zhēng)獲取鎖。

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static void Main(string[] args) { // 創(chuàng)建3個(gè) 讀線程 new Thread(() => Read("Reader 1")) { IsBackground = true }.Start(); new Thread(() => Read("Reader 2")) { IsBackground = true }.Start(); new Thread(() => Read("Reader 3")) { IsBackground = true }.Start(); // 創(chuàng)建兩個(gè)寫(xiě)線程 new Thread(() => Write("Writer 1")) { IsBackground = true }.Start(); new Thread(() => Write("Writer 2")) { IsBackground = true }.Start(); // 使程序運(yùn)行30S Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(30)); Console.ReadLine(); } static ReaderWriterLockSlim _rw = new ReaderWriterLockSlim(); static Dictionary<int, int> _items = new Dictionary<int, int>(); static void Read(string threadName) { while (true) { try { // 獲取讀鎖定 _rw.EnterReadLock(); Console.WriteLine($"{threadName} 從字典中讀取內(nèi)容 {DateTime.Now.ToString("mm:ss.ffff")}"); foreach (var key in _items.Keys) { Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.1)); } } finally { // 釋放讀鎖定 _rw.ExitReadLock(); } } } static void Write(string threadName) { while (true) { try { int newKey = new Random().Next(250); // 嘗試進(jìn)入可升級(jí)鎖模式狀態(tài) _rw.EnterUpgradeableReadLock(); if (!_items.ContainsKey(newKey)) { try { // 獲取寫(xiě)鎖定 _rw.EnterWriteLock(); _items[newKey] = 1; Console.WriteLine($"{threadName} 將新的鍵 {newKey} 添加進(jìn)入字典中 {DateTime.Now.ToString("mm:ss.ffff")}"); } finally { // 釋放寫(xiě)鎖定 _rw.ExitWriteLock(); } } Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(0.1)); } finally { // 減少可升級(jí)模式遞歸計(jì)數(shù)，并在計(jì)數(shù)為0時(shí) 推出可升級(jí)模式 _rw.ExitUpgradeableReadLock(); } } }

運(yùn)行結(jié)果如下所示，與預(yù)期結(jié)果相符。

1.10 使用SpinWait類(lèi)#

SpinWait是一個(gè)常用的混合模式的類(lèi)，它被設(shè)計(jì)成使用用戶(hù)模式等待一段時(shí)間，人后切換至內(nèi)核模式以節(jié)省CPU時(shí)間。

它的使用非常簡(jiǎn)單，演示代碼如下所示。

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static void Main(string[] args) { var t1 = new Thread(UserModeWait); var t2 = new Thread(HybridSpinWait); Console.WriteLine("運(yùn)行在用戶(hù)模式下"); t1.Start(); Thread.Sleep(20); _isCompleted = true; Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); _isCompleted = false; Console.WriteLine("運(yùn)行在混合模式下"); t2.Start(); Thread.Sleep(5); _isCompleted = true; Console.ReadLine(); } static volatile bool _isCompleted = false; static void UserModeWait() { while (!_isCompleted) { Console.Write("."); } Console.WriteLine(); Console.WriteLine("等待結(jié)束"); } static void HybridSpinWait() { var w = new SpinWait(); while (!_isCompleted) { w.SpinOnce(); Console.WriteLine(w.NextSpinWillYield); } Console.WriteLine("等待結(jié)束"); }

運(yùn)行結(jié)果如下兩圖所示，首先程序運(yùn)行在模擬的用戶(hù)模式下，使CPU有一個(gè)短暫的峰值。然后使用SpinWait工作在混合模式下，首先標(biāo)志變量為False處于用戶(hù)模式自旋中，等待以后進(jìn)入內(nèi)核模式。

參考書(shū)籍

本文主要參考了以下幾本書(shū)，在此對(duì)這些作者表示由衷的感謝你們提供了這么好的資料。

《CLR via C#》

《C# in Depth Third Edition》

《Essential C# 6.0》

《Multithreading with C# Cookbook Second Edition》

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作者：InCerry

出處：https://www.cnblogs.com/InCerry/p/9416382.html

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C#多线程编程系列（三）- 线程同步的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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