C#開發(fā)者(面試者)都會遇到lock(Monitor)，Mutex，Semaphore，SemaphoreSlim這四個與鎖相關(guān)的C#類型，本文期望以最簡潔明了的方式闡述四種對象的區(qū)別。

什么是線程安全

教條式理解

如果代碼在多線程環(huán)境中運(yùn)行的結(jié)果與單線程運(yùn)行結(jié)果一樣，其他變量值也和預(yù)期是一樣的，那么線程就是安全的；

結(jié)合場景理解

兩個線程都為集合增加元素，我們錯誤的理解即使是多線程也總有先后順序吧，集合的兩個位置先后塞進(jìn)去就完了；實際上集合增加元素這個行為看起來簡單，實際并不一定是原子操作。

在添加一個元素的時候，它可能會有兩步來完成：

在 Items[Size] 的位置存放此元素；

增大 Size 的值。

• 在單線程運(yùn)行的情況下，如果 Size = 0，添加一個元素后，此元素在位置0，之后設(shè)置Size=1；

• 如果是在多線程場景下，有兩個線程，線程A先將元素存放在位置0，但是此時CPU調(diào)度線程A暫停，線程B得到運(yùn)行機(jī)會；線程B也向此ArrayList添加元素，因為此時Size仍然等于0 （注意哦，我們假設(shè)添加元素是經(jīng)過兩個步驟，而線程A僅僅完成了步驟1），所以線程B也將元素存放在位置0。然后線程A和線程B都繼續(xù)運(yùn)行，都增加 Size 的值。那好，我們來看看ArrayList的情況，元素實際上只有一個，存放在位置 0，而Size卻等于2，形成了臟數(shù)據(jù)，這種就定義為對ArrayList的新增元素操作是線程不安全的。

線程安全這個問題不單單存在于集合類，我們始終要記得：
Never ever modify a shared resource by multipie threads unless resource is thread-safe.

我們對SqlServer，Mongodb，對HttpContext的訪問都會涉及thread-safe。

- 利用C#?mongodb driver操作Mongo打包時常用操作是線程安全的，Only a few of the C# Driver classes are thread safe. Among them: MongoServer, MongoDatabase, MongoCollection and MongoGridFS.

- 對于HttpContext 靜態(tài)屬性的操作是線程安全的：Any public static members of this type （HttpContext） are thread safe， any instance members are not guaranteed to be thread safe.

各語言推出了適用于不同范圍的線程同步技術(shù)來預(yù)防以上臟數(shù)據(jù)（實現(xiàn)線程安全）

線程同步技術(shù)

話不多說，給出大圖：

四象限對象的區(qū)別：

• 支持線程進(jìn)入的個數(shù)

• 是否跨進(jìn)程支持?

上半?yún)^(qū) lock（Monitor）, Mutex（中文稱為互斥鎖）都只支持單線程進(jìn)入被保護(hù)代碼，其他線程則必須等待進(jìn)入的線程完成 {Critical Section}

下半?yún)^(qū)SemaphoreSlim、Semaphore（中文稱為信號量）支持并發(fā)多線程進(jìn)入被保護(hù)代碼，對象在初始化時會指定 最大信號燈數(shù)量，當(dāng)線程請求訪問資源，信號量遞減，而當(dāng)他們釋放時，信號量計數(shù)又遞增。

左半?yún)^(qū)lock (Monitor)、SemaphoreSlim 是CRL對象，?進(jìn)程內(nèi)線程同步；?右半?yún)^(qū)Mutex，Semaphore都繼承自WaitHandle對象，支持命名，是內(nèi)核對象，在系統(tǒng)級別能支持進(jìn)程間線程同步。

進(jìn)程間線程同步不多見（分布式鎖的場景越來越多，這里按下不表），啰嗦一下常見的進(jìn)程內(nèi)線程同步技術(shù)：

?①?lock（Monitor）

開發(fā)者最常用的lock關(guān)鍵字，使用方式相當(dāng)簡單，對于單進(jìn)程內(nèi)線程同步相當(dāng)有效，實際上lock是Monitor的語法糖，實際的編譯代碼如下：

object?__lockObj?=?x;
bool?__lockWasTaken?=?false;
try
{
?????System.Threading.Monitor.Enter(__lockObj,?ref?__lockWasTaken);
?????//?Your?code...
}
finally
{
????if?(__lockWasTaken)?System.Threading.Monitor.Exit(__lockObj);
}

一般使用私有靜態(tài)對象作為lock（Monitor）線程同步的同步對象，那配合lock完成代碼鎖定的那個對象到底起什么作用呢？

? ?這里面有個SyncBlockIndex的概念，新建的托管堆在內(nèi)存表現(xiàn)如下：

? 每個堆對象：函數(shù)表指針（這也是一個重要知識點，用于在多態(tài)中判斷對象到底是哪個類型）、同步塊索引、對象字段；其中同步塊索引是lock解決線程同步的關(guān)鍵，SyncBlockIndex是一個地址指針（傳送門）；

新創(chuàng)建的對象objLock,其SyncBlockindex =-1,不指向任何有效同步塊；

調(diào)用靜態(tài)類Monitor.Enter(objLock), CRL會尋找一個空閑SyncBlock并將objLock對象的SyncBlockIndex指向該塊， 例如上圖中ObjectA，ObjectC的SyncBlockIndex指向了2個SyncBlock；

Exit(objLock)會將objLock對象的SyncBlockIndex重新賦為 -1， 釋放出來的SyncBlock可以在將來被其他對象SyncBlockIndex引用。

② lock（Monitor）?vs SemaphoreSlim

????兩者都是進(jìn)程內(nèi)線程同步技術(shù)，SemaphoreSlim信號量支持多線程進(jìn)入；另外SemaphoreSlim 有異步等待方法，支持在異步代碼中線程同步,解決在async code中無法使用lock語法糖的問題

//?實例化單信號量
static?SemaphoreSlim?semaphoreSlim?=?new?SemaphoreSlim(1,1);

//?異步等待進(jìn)入信號量，如果沒有線程被授予對信號量的訪問權(quán)限，則進(jìn)入執(zhí)行保護(hù)代碼；否則此線程將在此處等待，直到信號量被釋放為止
await?semaphoreSlim.WaitAsync();
try
{
????await?Task.Delay(1000);
}
finally
{
????//?任務(wù)準(zhǔn)備就緒后，釋放信號燈。【準(zhǔn)備就緒時始終釋放信號量】至關(guān)重要，否則我們將獲得永遠(yuǎn)被鎖定的信號量
????semaphoreSlim.Release();
}

總結(jié)

從宏觀上掌握Monitor,Mutex,SemaphoreSlim,Semaphore的區(qū)別有利于形成【線程同步知識體系】；文章著重記錄進(jìn)程內(nèi)線程同步技術(shù)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的.Net线程同步技术解读的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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