C#线程同步技术(一) lock 语句
开篇语：
上班以后，烦恼少了，至少是没有什么好烦的了，只要负责好自己的工作就可以了，因此也有更多的时间去探索自己喜欢的程序。买回来的书已经看了一半，DEMO也敲了不少，昨晚终于在这里开BLOG，记录一些读书笔记。以我自己的经验来看，写笔记、测试、体会是加深理解的利器，往往起到事半功倍的效果。这几天在看任务、线程和同步的部分，就用这个练练笔，记录一些学习的心得。
一、一个小测试
本文讨论的是线程同步的技术，假定你已经理解相关概念。如果未接触过，或者理解得不多，且看下面的小例子：
public class SharedState { public int State { get; set; } } public class Job { private SharedState _state; public Job(SharedState state) { this._state = state; } public void DoTheJob() { for (int i = 0; i < 5000; i++) { this._state.State++; } } }
这里定义了两个类：SharedObject 用于保存线程之间的共享数据，有一个数据成员 State，Job类拥有一个 SharedObject 类型的成员，DoTheJob()方法中进行5000次循环累加成员的 State 的属性。
下面的测试方法中，我们会新建20个任务，执行DoTheJob()方法：
public static void MultiThreadTest() { var size = 20; var tasks = new Task[size]; SharedState state = new SharedState(); for (int i = 0; i < size; i++) { tasks[i] = Task.Factory.StartNew(() => { new Job(state).DoTheJob(); }); } for (int i = 0; i < size; i++) { tasks[i].Wait(); } Console.WriteLine(state.State); }
按照同步执行的习惯去理解的话，你可能会认为输出的结果会是：5000*20 = 100000，实际上，以上程序执行了3次的结果分别是：
41841
58509
69589
当然，这只是我的机器上的执行结果，在你的机器上会有不同的结果。这说明了一个问题：在多线程并行执行的环境下，共享的数据有可能被其他线程修改而导致出现非预期结果。
二、C#用于多个线程同步的技术
如果需要在线程中共享数据，就需要使用同步技术，C#可以用于多线程同步的技术有：
- lock 语句
- Interlocked 类
- Monitor 类
- SpinLock 结构
- WaitHandle 类
- Mutex 类
- Semaphore 类
- Event 类
- Barrier 类
- ReaderWriterLockSlim 类
1、lock 语句
lock 语句只能锁定引用类型，锁定值类型只能锁定一个副本，并无意义（实际上，对值类型使用了 lock 语句，编译器会给出一个错误）
使用 lock 语句可以将类的实例成员设置为线程安全的，一次只有一个线程能访问相同实例的相同成员。结合几个例子理解这句话：
/* * 将 DoTheJob() 方法进行以下改造是否达到我们的目的了？ * 答案是否定的 * 改造后继续测试依然没有输出我们期待的 100000 * 这里的 lock 只对使用相同实例的线程起作用 * tasks[] 中每个任务都调用不同的实例，所以它们都能同时调用 DoTheJob()方法 */ public void DoTheJob() { lock (this) { for (int i = 0; i < 5000; i++) { this._state.State++; } } }
即使上面的改造并不成功，本着对比加深理解的目的，这里提一提 lock(this) 和 lock(obj) 的区别，以下的改造和以上的改造有何不同？
private object syncObj = new object(); public void DoTheJob() { lock (syncObj) { for (int i = 0; i < 5000; i++) { this._state.State++; } } }
从功能上看，lock(this) 锁定了整个实例，导致锁定期间 Job 实例的成员都不能被其他访问，而不仅仅是 DoTheJob() 不能被其他线程访问。而 lock(syncObj)只会导致 DoTheJob() 不能被其他线程访问，但实例的其他成员依然可以被访问。以下的例子可以更清楚的说明这一点。
lock(this)
public class LockThis { private bool _deadLock = true; public void DeadLocked() { lock (this) { while (_deadLock) { Console.WriteLine("OMG! I am locked!"); Thread.Sleep(1000); } Console.WriteLine("DeadLocked() End."); } } public void DontLockMe() { _deadLock = false; } } /* * lockThis 实例企图在死锁 DeadLocked() 发生5秒后 * 通过 DontLockMe() 接触死锁 * 但并不成功！ * 因为死锁中 lock(this) 锁定了整个实例 * 导致外层也有可能用同步方式访问该实例时，连非同步方法 DontLockMe() 也不能调用 */ public static void LockThisMethod() { LockThis lockThis = new LockThis(); Task.Factory.StartNew(lockThis.DeadLocked); Thread.Sleep(5000); lock (lockThis) { lockThis.DontLockMe(); } }
lock(syncObj)
public class LockObject { private bool _deadLock = true; private object _syncObj = new object(); public void DeadLocked() { lock (_syncObj) { while (_deadLock) { Console.WriteLine("OMG! I am locked!"); Thread.Sleep(1000); } Console.WriteLine("DeadLocked() End."); } } public void DontLockMe() { _deadLock = false; } } /* * lockObject 实例企图在死锁 DeadLocked() 发生5秒后 * 通过 DontLockMe() 接触死锁 * 成功了！ * 因为死锁中 lock(_syncObj) 只锁定了 DeadLocked() 方法 * 即使外层也有用同步方式访问该实例时，非同步方法 DontLockMe() 也可以被调用 */ public static void LockObjectMethod() { LockObject lockObject = new LockObject(); Task.Factory.StartNew(lockObject.DeadLocked); Thread.Sleep(5000); lock (lockObject) { lockObject.DontLockMe(); } }
总结：因为类的对象也可以用于外部的同步访问( 上面的 lock(lockThis) 和 lock(lockObject) 就模拟了这种访问 )，而且我们不能在类自身中控制这种访问，所以应该尽量使用 lock(obj) 的方式，可以比较精确的控制需要同步的范围。
说着说着好像说远了，只顾说 lock(this) 和 lock(obj) 的区别，我们要的 100000 还没出来呢 ：）俺的缺点就一般不怎么扯，一扯就扯得挺远 ：）
好吧，继续。可能有很多看官早就想爆料，说这TM不简单的，一二三给个出 100000 的代码出来，其实这个俺也知道，只是这不是俺的目的。学习最怕的是知其然，而不知其所以然。我们不仅要知道正确的方式，更需要知道错误的方式，更更重要的是，需要知道它为什么正确，又为什么是错误的。
再看这种，可能真的有朋友会这么做哦~ 如果不对，不对的点又在哪呢？
public class SharedState { private object syncObj = new object(); private int _state; public int State { get { lock (syncObj) { return _state; } } set { lock (syncObj) { _state = value; } } } }
貌似是可以的，直接对共享状态控制同步，读和写都同步了，应该没问题了
很可惜，结果是 100000 依然没有出来 :(
误区就是：对同步的过程理解错了，读和写之间 syncObj 并没有被锁定，依然有线程可以在这个期间获得值。
夜已渐深了，看到这里很多人都会有自己的答案了。下面就列出两种正确的实现方法：
1)一种是对 SharedState 进行改造，作为一种原子操作提供递增方式，将DoTheJob()中递增的代码改为调用 IncrementState() 方法
public class SharedState { private object syncObj = new object(); private int _state; public int State { get { return _state; } } public int IncrementState() { lock (syncObj) { return ++_state; } } }
2)另一种是不改动 SharedState 类，使用正确的 locker ，将 lock 语句放在合适的地方
public class SharedState { public int State { get; set; } } public class Job { private SharedState _state; public Job(SharedState state) { this._state = state; } public void DoTheJob() { for (int i = 0; i < 5000; i++) { lock (_state) { _state.State++; } } } }
关于 lock 语句使用暂时介绍到这里，最后需要体会的：
在一个地方使用 lock 语句并不意味着，访问对象的线程都在等待，必须对每个访问共享状态的线程，都显式的使用同步功能。
如何理解并验证这句话？把 lock(this) 无法解除死锁那段代码中去掉外层的 lock(lockThis) 运行看看就知道了 :)
虽然任务Task线程里使用了lock(this)锁定实例，但是外层主线程并无使用同步功能，因此自然可以掉到 DontLockMe() 方法成功解锁！
敲码的时间总是过得很快，要洗洗睡了，明天继续总结 Interlocked 类。
