转载 互斥体与互锁 <第五篇>
互斥体实现了“互相排斥”（mutual exclusion）同步的简单形式（所以名为互斥体(mutex)）。互斥体禁止多个线程同时进入受保护的代码“临界区”。因此，在任意时刻，只有一个线程被允许进入这样的代码保护区。
任何线程在进入临界区之前，必须获取（acquire）与此区域相关联的互斥体的所有权。如果已有另一线程拥有了临界区的互斥体，其他线程就不能再进入其中。这些线程必须等待，直到当前的属主线程释放（release）该互斥体。什么时候需要使用互斥体呢？互斥体用于保护共享的易变代码，也就是，全局或静态数据。这样的数据必须通过互斥体进行保护，以防止它们在多个线程同时访问时损坏。
1、Mutex
Mutex是一个同步基元，它与前面提到的锁最大的区别在于它支持进程间同步。
Mutex允许同一个线程多次重复访问共享区，但是对于别的线程那就必须等待，它甚至支持不同进程中的线程同步，这点更能体现他的优势，但是劣势也是显而易见的，那就是巨大的性能损耗和容易产生死锁的困扰，所以除非需要在特殊场合，否则 我们尽量少用为妙，这里并非是将Mutex的缺点说的很严重，而是建议大家在适当的场合使用更为适合的同步方式,Mutex 就好比一个重量型的工具，利用它则必须付出性能的代价。
1、Mutex线程同步
Mutex实现线程同步主要依靠以下两个方法实现：
- WaitOne 阻止当前线程，直到当前 WaitHandle 收到信号。
- ReleaseMutex 释放 Mutex 一次。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
ThreadPool.QueueUserWorkItem(Run);
}
Console.ReadKey();
}
static int count = 0;
static Mutex mutex = new Mutex();
static void Run(object obj)
{
//阻止当前线程(如果去掉这两行)
mutex.WaitOne();
Console.WriteLine("当前数字：{0}", ++count);
//释放 Mutex (如果去掉这行)
mutex.ReleaseMutex();
}
}
输出：
如果去掉则输出如下：
Mutex和Monitor的区别:
- Monitor不是waitHandle的子类，它具有等待和就绪队列的实际应用；
- Monitor无法跨进程中实现线程同步，但是Mutex可以；
- 相对而言两者有明显的性能差距，mutex相对性能较弱但是功能更为强大，monitor则性能比较好；
- 两者都是用锁的概念来实现同步不同的是monitor一般在方法（函数）调用方加锁；mutex一般在方法（函数）内部加锁，即锁定被调用端；
- Monitor和Lock多用于锁定被调用端，而Mutex则多用锁定调用端。
2、进程间同步
当给Mutex取名的时候能够实现进程同步，不取名实现线程同步。
Mutex有两种类型：未命名的局部mutex和已命名的系统mutex。
- 本地mutex仅存在与进程当中，进程内可见；
- 已命名的系统mutex在整个操作系统中可见，可用于同步进程活动；
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//使用线程输出等待状态
Thread t1 = new Thread(ShowMyWord);
t1.Start();
Run(t1);
Console.Read();
}
static int count = 0;
static Mutex mutex = new Mutex(false, "xxoo");
static void Run(Thread t1)
{
//这个WaitOne方法要么返回true，要么一直不返回(不会返回false)，所以没办法用if来判断
//于是，用个线程输出等待状态
mutex.WaitOne();
Console.WriteLine("终于轮到老子了！ " + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString());
//停止线程t1,不要再输出等待状态
t1.Abort();
//模拟干活十秒
Thread.Sleep(10000);
Console.WriteLine("干完！ " + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString());
//释放 Mutex
mutex.ReleaseMutex();
}
static void ShowMyWord(object obj)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("我的心在等待，一直在等待！ " + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString());
}
}
}
以上代码，将生成的.exe文件复制两份：
快速运行两个输出如下：
3、互斥体控制控制台程序仅能启动一次
由于Mutex能够用于进程间同步，因此我们可以很轻易地利用它实现控制程序只能启动一次的效果。
static void Main(string[] args)
{
bool IsFirstCreate;
Mutex instance = new Mutex(true, "NewApplication", out IsFirstCreate);
if (IsFirstCreate) //赋予了线程初始所属权，也就是首次使用互斥体
{
instance.ReleaseMutex();
}
else
{
Console.WriteLine("你已经启动了一个程序,本程序将于5秒后自动退出！");
Thread.Sleep(5000);
return;
}
Console.WriteLine("程序启动成功!");
Console.ReadKey();
}
输出如下：
4、控制WinForm程序只能启动一次
static class Program
{
/// <summary>
/// 应用程序的主入口点。
/// </summary>
[STAThread]
static void Main()
{
bool IsFirstRun;
Mutex instance = new Mutex(true, "xxx", out IsFirstRun);
if (IsFirstRun) //赋予了线程初始所属权，也就是首次使用互斥体
{
Application.EnableVisualStyles();
Application.SetCompatibleTextRenderingDefault(false);
Application.Run(new Form1());
instance.ReleaseMutex();
}
else
{
MessageBox.Show("你已启动了一个程序，本程序将于5秒后退出", "系统提示", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);
Thread.Sleep(5000);
Application.Exit();
}
}
}
输出如下：
第3、4测试均需要在bin目录下直接启动多个.exe。
二、Interlocked
实际引用中，可能我们对共享变量的使用并不十分复杂，可能只是一些简单的操作如：自增、自减、求和、赋值、比较等。
MSDN中的解析Interlocked为多个线程共享的变量提供原子操作。
常用操作如下：
| 方法 | 说明 |
| Add | 相加 |
| CompareExchange | 比较 |
| Increment | 递增 |
| Decrement | 递减 |
| Exchange | 赋值 |
示例：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
Thread t = new Thread(Run);
t.Start();
}
Console.Read();
}
static int Incre = 0;
static int Add = 0;
static int Exchange = 0;
static int Decre = 21;
static int CompareExchange = 0;
static Mutex mutex = new Mutex();
static void Run()
{
//自增操作
//Console.WriteLine("当前数字：{0}", Interlocked.Increment(ref Incre));
//递减操作
//Console.WriteLine("当前数字：{0}", Interlocked.Decrement(ref Decre));
//相加
//Console.WriteLine("当前数字：{0}", Interlocked.Add(ref Add,10));
//赋值
//Console.WriteLine("当前数字：{0}", Interlocked.Exchange(ref Exchange, 5));
//比较，如果第三个参数等于CompareExchange，则将第二个参数的值，赋给第一个参数
Console.WriteLine("当前数字：{0}", Interlocked.CompareExchange(ref CompareExchange, 15,0));
}
}
