5天不再惧怕多线程——第二天 锁机制

     当多个线程在并发的时候，难免会碰到相互冲突的事情，比如最经典的ATM机的问题，并发不可怕，可怕的是我们没有能力控制。

线程以我的理解可以分为三种

① 锁。

② 互斥。

③ 信号。

  好，这一篇主要整理“锁”，C#提供了2种手工控制的锁

一:  Monitor类

     这个算是实现锁机制的纯正类，在锁定的临界区中只允许让一个线程访问，其他线程排队等待。主要整理为2组方法。

 

1：Monitor.Enter和Monitor.Exit

         微软很照护我们，给了我们语法糖Lock,对的，语言糖确实减少了我们不必要的劳动并且让代码更可观，但是如果我们要精细的

     控制，则必须使用原生类，这里要注意一个问题就是“锁住什么”的问题，一般情况下我们锁住的都是静态对象，我们知道静态对象

     属于类级别，当有很多线程共同访问的时候，那个静态对象对多个线程来说是一个，不像实例字段会被认为是多个。

 

不加锁的情况：

   class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Thread t = new Thread(Run);

                t.Start();
            }
        }

        //资源
        static object obj = new object();

        static int count = 0;

        static void Run()
        {
            Thread.Sleep(10);

            Console.WriteLine("当前数字：{0}", ++count);
        }
    }

 

加锁的情况：

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Thread t = new Thread(Run);

                t.Start();
            }
        }

        //资源
        static object obj = new object();

        static int count = 0;

        static void Run()
        {
            Thread.Sleep(10);

            //进入临界区
            Monitor.Enter(obj);

            Console.WriteLine("当前数字：{0}", ++count);

            //退出临界区
            Monitor.Exit(obj);
        }
    }

 

2：Monitor.Wait和Monitor.Pulse

 首先这两个方法是成对出现，通常使用在Enter，Exit之间。

 Wait： 暂时的释放资源锁，然后该线程进入”等待队列“中，那么自然别的线程就能获取到资源锁。

 Pulse:  唤醒“等待队列”中的线程，那么当时被Wait的线程就重新获取到了锁。

 

这里我们是否注意到了两点：

①   可能A线程进入到临界区后，需要B线程做一些初始化操作，然后A线程继续干剩下的事情。

②   用上面的两个方法，我们可以实现线程间的彼此通信。

 

下面举个例子来模拟两个人的对话。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace Test
{
    public class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            LockObj obj = new LockObj();

            //注意，这里使用的是同一个资源对象obj
            Jack jack = new Jack(obj);
            John john = new John(obj);

            Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(jack.Run));
            Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(john.Run));

            t1.Start();
            t1.Name = "Jack";

            t2.Start();
            t2.Name = "John";

            Console.ReadLine();
        }
    }

    //锁定对象
    public class LockObj { }

    public class Jack
    {
        private LockObj obj;

        public Jack(LockObj obj)
        {
            this.obj = obj;
        }

        public void Run()
        {
            Monitor.Enter(this.obj);

            Console.WriteLine("{0}:我已进入茅厕。", Thread.CurrentThread.Name);

            Console.WriteLine("{0}：擦，太臭了，我还是撤！", Thread.CurrentThread.Name);

            //暂时的释放锁资源
            Monitor.Wait(this.obj);

            Console.WriteLine("{0}：兄弟说的对，我还是进去吧。", Thread.CurrentThread.Name);

            //唤醒等待队列中的线程
            Monitor.Pulse(this.obj);

            Console.WriteLine("{0}：拉完了，真舒服。", Thread.CurrentThread.Name);

            Monitor.Exit(this.obj);
        }
    }

    public class John
    {
        private LockObj obj;

        public John(LockObj obj)
        {
            this.obj = obj;
        }

        public void Run()
        {
            Monitor.Enter(this.obj);

            Console.WriteLine("{0}:直奔茅厕，兄弟，你还是进来吧，小心憋坏了！",
                               Thread.CurrentThread.Name);

            //唤醒等待队列中的线程
            Monitor.Pulse(this.obj);

            Console.WriteLine("{0}:哗啦啦....", Thread.CurrentThread.Name);

            //暂时的释放锁资源
            Monitor.Wait(this.obj);

            Console.WriteLine("{0}：拉完了,真舒服。", Thread.CurrentThread.Name);

            Monitor.Exit(this.obj);
        }
    }
}

 

二：ReaderWriterLock类

    先前也知道，Monitor实现的是在读写两种情况的临界区中只可以让一个线程访问，那么如果业务中存在”读取密集型“操作，就

好比数据库一样，读取的操作永远比写入的操作多。针对这种情况，我们使用Monitor的话很吃亏，不过没关系，ReadWriterLock

就很牛X，因为实现了”写入串行“，”读取并行“。

ReaderWriteLock中主要用3组方法：

<1>  AcquireWriterLock: 获取写入锁。

          ReleaseWriterLock：释放写入锁。

<2>  AcquireReaderLock: 获取读锁。

          ReleaseReaderLock：释放读锁。

<3>  UpgradeToWriterLock:将读锁转为写锁。

         DowngradeFromWriterLock：将写锁还原为读锁。

 

下面就实现一个写操作，三个读操作，要知道这三个读操作是并发的。

namespace Test
{
    class Program
    {
        static List<int> list = new List<int>();

        static ReaderWriterLock rw = new System.Threading.ReaderWriterLock();

        static void Main(string[] args)
        {
            Thread t1 = new Thread(AutoAddFunc);

            Thread t2 = new Thread(AutoReadFunc);

            t1.Start();

            t2.Start();

            Console.Read();
        }

        /// <summary>
/// 模拟3s插入一次
/// </summary>
/// <param name="num"></param>
        public static void AutoAddFunc()
        {
            //3000ms插入一次
            Timer timer1 = new Timer(new TimerCallback(Add), null, 0, 3000);
        }

        public static void AutoReadFunc()
        {
            //1000ms自动读取一次
            Timer timer1 = new Timer(new TimerCallback(Read), null, 0, 1000);
            Timer timer2 = new Timer(new TimerCallback(Read), null, 0, 1000);
            Timer timer3 = new Timer(new TimerCallback(Read), null, 0, 1000);
        }

        public static void Add(object obj)
        {
            var num = new Random().Next(0, 1000);

            //写锁
            rw.AcquireWriterLock(TimeSpan.FromSeconds(30));

            list.Add(num);

            Console.WriteLine("我是线程{0}，我插入的数据是{1}。", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, num);

            //释放锁
            rw.ReleaseWriterLock();
        }

        public static void Read(object obj)
        {
            //读锁
            rw.AcquireReaderLock(TimeSpan.FromSeconds(30));

            Console.WriteLine("我是线程{0},我读取的集合为:{1}",
                              Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, string.Join(",", list));
            //释放锁
            rw.ReleaseReaderLock();
        }
    }
}