【经验总结】C#常用线程同步方法应用场景和实现原理

　　简单描述volatile，Interlocked，lock，Mutex，Semaphore，Spin lock，AutoResetEvent，ManualResetEvent，ReaderWriterLockSlim，MethodImplAttribute，WaitHandle常用同步机制的原理和使用场景。

 

volatile
只是C#的一个关键字，告诉编译器不能将声明的这个变量进行CPU内部缓存，只能在主内存中操作，类型有限制，volatile并不能实现真正的同步，因为它的操作级别只停留在变量级别，而不是原子级别。如果是在单处理器系统中，是没有任何问题的，变量在主存中没有机会被其他人修改，因为只有一个处理器，这就叫作processor Self-Consistency。但在多处理器系统中，可能就会有问题。 每个处理器都有自己的data cache，而且被更新的数据也不一定会立即写回到主存。所以可能会造成不同步，但这种情况很难发生，因为cache的读写速度相当快，flush的频率也相当高，只有在压力测试的时候才有可能发生，而且几率非常非常小。本质上说并非绝对的同步方法。

 

Interlocked
对于例如int变量等的原子操作，效率高，可靠性高，一般通过CPU的专用指令实现的锁住内存总线实现的。

 

lock
lock与Monitor本身是一致的，lock是做到了C#的关键字一级，是.net对象自身支持的的一种同步机制，对象中有相关的结构支持这种轻量级的线程同步，实现机制类似于CRITICAL_SECTION，但是CRITICAL_SECTION具有跨进程特性，而lock只能实现同一进程中的线程同步，在C#开发中很常用。

 

Mutex
是WIN32下的突变体内核对象的封装，类似于一间屋子只能进入一个人。是它的一个.net封装，效率比较低，由于突变体是一种windows内核对象，需要开销很大，但是支持跨进程，通过给Mutex命名的方式支持进程间同步，甚至可以跨服务器访问，是一种服务器之间同步的选择。Mutex的拥有者才能释放这个Mutex，其他进程不能释放，可能是考虑到安全问题。Mutex是一种基于线程调度的同步方式，控制的是线程的调度，实现了sleep，如果有信号可以通知内核线程调度程序调度等待线程。

 

Semaphore(Binary semaphore)
基于WIN32的Semaphore，也是一种基于线程调度，基本很类似于Mutex，与Mutex不同之处在于Semaphore允许多人进入同一间屋子，使用count计数来实现，当允许数量为1时叫做Binary semaphore，这时候就是基本和Mutex很类似的，但是没有Mutex拥有者一说，可由任何进程进行资源释放。

 

Spin lock
这是一个内核态概念。spin lock与semaphore的主要区别是spin lock是busy waiting，而semaphore是sleep。对于可以sleep的进程来说，busy waiting当然没有意义，CPU只是在那里空转而已，而且IRQL比较高，适合于等待时间比较短的场景。对于单CPU的系统，busy waiting当然更没意义（没有CPU可以释放锁），所有Spin lock只对多CPU才有意义，因此，只有多CPU的内核态非进程空间，才会用到spin lock。其实也就是类似mutex的作用，串行化对 critical section的访问。但是mutex不能保护中断的打断，也不能在中断处理程序中被调用。而spin lock也一般没有必要用于可以sleep的进程空间。幸好它是内核级的，如果是用户级的会很危险。

AutoResetEvent，ManualResetEvent  (Event)
这两种的实现都是基于WIN32的Event原理，同步事件有两种：AutoResetEvent 和 ManualResetEvent。它们之间唯一的不同在于，无论何时，只要 AutoResetEvent 激活线程，它的状态将自动从终止变为非终止。相反，ManualResetEvent 允许它的终止状态激活任意多个线程，只有当它的 Reset 方法被调用时才还原到非终止状态。

ReaderWriterLockSlim
这个也是lock的封装，对资源的访问方式有共享和独占方式，例如我们控制对某个资源读贡献或者写独占，那么这个类可以派上用场。

 

SynchronizationAttribute ，MethodImplAttribute
这两个属于类特性和方法的特性，标识某个类或方法是同步方法，本质上基于lock的实现。

 

WaitHandle
可以通过调用一种等待方法，如 WaitOne、WaitAny 或 WaitAll，让线程等待事件。System.Threading.WaitHandle.WaitOne 使线程一直等待，直到单个事件变为终止状态；System.Threading.WaitHandle.WaitAny 阻止线程，直到一个或多个指示的事件变为终止状态；System.Threading.WaitHandle.WaitAll 阻止线程，直到所有指示的事件都变为终止状态。当调用事件的 Set 方法时，事件将变为终止状态。WaitOne基于WaitSingleObject，WaitAny 或 WaitAll基于WaitmultipleObject，具体由后面参数来决定。WaitmultipleObject实现要比WaitSingleObject复杂的多，性能也不好，尽量少用。