白话并发冲突与线程同步(3)——Mutex、EventWaitHandle、AutoResetEvent 和 ManualResetEvent

     不过这热气是从实在的火里发出来的呢，还是从他的爱情里发出来的呢，他完全不知道。他的一切光彩现在都没有了。这是因为他在旅途中失去了呢，还是悲愁的结果，谁也说不出来。
                                                                                    ——安徒生
                                                                                          摘自《坚定的锡兵》
摘要

1-2-3翻开那《葵花宝典》，只见页首赫然写着几个大字：“欲练神功，必先自宫”，旁边几行歪歪扭扭的小字，又不知是哪位前辈高人所写：“在WC里占蹲位的3种方法：1. 如果你只对某个蹲位情有独钟，就要WaitOne()，但是不要忘了ReleaseMutex()，千万别WaitOne()两次只ReleaseMutex()一次（你干这种占着MK不LS的事，憋坏了后来的小朋友怎么办？就算没有小朋友，憋坏了小猫小狗也不好啊……）；2. 如果你喜欢讲排场，需要占2个蹲位才肯办事，则要WaitAll([蹲位1, 蹲位2])；3. 如果你觉得随便去哪个蹲位办事都无所谓，那就可以WaitAny([蹲位1, 蹲位2])……”。

Mutex的WaitOne()函数

前几天1-2-3去黑木崖找东方不败玩，听到东方不败抱怨说整天绣花眼睛好累呀，于是1-2-3就给东方不败编了一个活动眼睛的程序。

class Program {     static void Main(string[] args)     {         // 为截图方便把窗体设小一点         Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30;          Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;                  Mutex mk = new Mutex(false, "my mutex");         for (int i = 0; i < 1000; i++)         {             mk.WaitOne();             for (int j = 0; j < 30; j++)             {                 Console.Write(">");                 Thread.Sleep(100);             }             mk.ReleaseMutex();             Thread.Sleep(500);         }     } }

接连运行此程序的两个实例，把它们并排排放在一起（如下图所示），即可看到箭头从左边的窗体“穿越”到右边窗体的效果了。


是的，我们需要同步两个进程（中的主线程），这个工作需要交给Mutex。Mutex和Monitor的概念十分相似，只不过Monitor是.net内建的线程同步机制，Mutex是封装了Windows操作系统的线程同步机制；Monitor速度快，Mutex的速度要比Monitor慢很多；Monitor只能用于同步同一进程内的线程；Mutex则可以用于同步隶属于不同进程的线程。

Mutex的WaitAll()函数

现在我们对WC进行了扩建，把mk增加到两个，可是却遇到了两个讲排场的进程，它们都要同时占两个mk才肯办事，所以运行起来的效果和前一个程序一样。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 为截图方便把窗体设小一点
        Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30; 
        Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;
        
        Mutex mk1 = new Mutex(false, "my mutex1");
        Mutex mk2 = new Mutex(false, "my mutex2");
        Mutex[] mks = new Mutex[] { mk1, mk2 };

        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            Mutex.WaitAll(mks);
            for (int j = 0; j < 30; j++)
            {
                Console.Write(">");
                Thread.Sleep(100);
            }

            mk1.ReleaseMutex();
            mk2.ReleaseMutex();
            Thread.Sleep(500);
        }
    }
}

Mutex的WaitAny()函数

看下这个小程序

 1 class Program
 2 {
 3     static void Main(string[] args)
 4     {
 5         // 为截图方便把窗体设小一点
 6         Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30; 
 7         Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;
 8         
 9         Mutex mk1 = new Mutex(false, "my mutex1");
10         Mutex mk2 = new Mutex(false, "my mutex2");
11         Mutex[] mks = new Mutex[] { mk1, mk2 };
12 
13         for (int i = 0; i < 1000; i++)
14         {
15             int index = Mutex.WaitAny(mks); // 返回值为此进程占用的mk在mks里的index
16             Console.Write("Index: " + index.ToString());
17             for (int j = 0; j < 30; j++)
18             {
19                 Console.Write(">");
20                 Thread.Sleep(100);
21             }
22 
23             mks[index].ReleaseMutex();
24             Thread.Sleep(new Random().Next(100, 3000));
25         }
26     }
27 }

如果同时运行此程序的两个实例，正如本文摘要里所写的，只要mk1和mk2有一个是空闲的，进程就可以进去办事，所以两个进程可以同时输出">"字符。注意程序的第24行，每个进程在输出30个">"字符后都会随机Sleep 100到3000毫秒，这样就有可能出现mk1和mk2同时空闲的情况，所以就会出现一会儿进程1占用mk1而进程2占用mk2；一会儿进程1占用mk2而进程2占用mk1的情况（在下图分别用绿色和红色波浪线标出）。


EventWaitHandle、AutoResetEvent 和 ManualResetEvent

EventWaitHandle的名字与Mutex差了很多，不过它可是Mutex不折不扣的兄弟——它和Mutex都是WaitHandle的子类，用法也差不多。下面这两段程序实现了与本文的第一段程序相同的功能。

1) AutoReset
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 为截图方便把窗体设小一点
        Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30;
        Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;

        EventWaitHandle mk = new EventWaitHandle(true, EventResetMode.AutoReset, "my mk");
        
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            mk.WaitOne();
            for (int j = 0; j < 30; j++)
            {
                Console.Write(">");
                Thread.Sleep(100);
            }
            mk.Set();
            Thread.Sleep(500);
        }
    }
}

2) ManualReset
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 为截图方便把窗体设小一点
        Console.WindowWidth = 30; Console.BufferWidth = 30;
        Console.WindowHeight = 16; Console.BufferHeight = 16;

        EventWaitHandle mk = new EventWaitHandle(true, EventResetMode.ManualReset, "my mk");
        
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            mk.WaitOne();
            mk.Reset();   // 把这行去掉会咋样？
            for (int j = 0; j < 30; j++)
            {
                Console.Write(">");
                Thread.Sleep(100);
            }
            mk.Set();
            Thread.Sleep(500);
        }
    }
}

AutoResetEvent 和 ManualResetEvent 是 EventWaitHandle 的子类，功能都差不多，就不多说了。

（本系列完）