线程同步手记
一、前言
线程同步其实很简单，但是往往被老师教的很复杂。这是之前上课受的伤。脑袋瓜当人人家的跑马场，被蹂躏一番，最后老师留下的是先入为主的错误，以至于后面不停的干扰我的理解，纠起错来，真是不知道浪费了多少精力。
二、什么是线程同步
一直想要找一个良好的方式来表达什么是线程同步。
先看一个模拟线程同步的图：
假如这个盒子一次只能放一个东西，并且接力赛又要保持顺畅，该是怎样的情景？
首先对于Reader来说，取货的时候，箱子必须有货，如果没有货，要在旁边等候；
其次对于Writer来说，存货的时候，箱子必须为空，如果不为空，也要在旁边等候；
两个人要步调一致，并且配合默契，才能顺利的搬运东西。反过来，如果Reader执行了好几次，Writer才执行一次，或者Write执行了好几次，Reader才执行一次，最后都不能很好的保持步调的一致。
把两个人看成是两个线程，这时候线程要同步，也必须要满足上面的要求。两个线程要协同一致的工作，才能完成一项任务。
三、代码演示：
public class ThreadSyn { //缓存区，假设一次只能缓存一个字符 private static char buffer; //线程1:写操作 public Thread thread1 = new Thread(()=> { string str = "横看成岭侧成峰，远近高低各不同。不识庐山真面目,只缘身在此山中。"; for (int i = 0; i < 32; i++) { buffer = str[i]; Thread.Sleep(26); } }); //线程2:读操作 public Thread thread2 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 32; i++) { char ch = buffer; Console.WriteLine(ch); Thread.Sleep(36); } }); } public class Program { static void Main(string[] args) { ThreadSyn threadSyn=new ThreadSyn(); threadSyn.thread1.Start(); threadSyn.thread2.Start(); Console.Read(); } }
运行效果图：
四、原因和方案：
此时线程还是没有协同工作。因为如果写一个，读一个，再写一个，再读一个，那么这首诗应该是一首完整的显示。但是效果图的诗句却是紊乱的。
如何才能解决真正的同步，.net为我们提供了一系列的同步类。包括：互锁(Interlocked),管程(Monitor)和互斥体(Mutex).
4.1下面用互锁来解决上面的问题。
public class ThreadSyn { //缓存区 private static char _buffer; //标示盒子，即缓冲区使用的空间，盒子初始化为0 private static long _box = 0; //线程1:写操作 public Thread thread1 = new Thread(()=> { string str = "横看成岭侧成峰，远近高低各不同。不识庐山真面目,只缘身在此山中。"; for (int i = 0; i < 32; i++) { //写入之前检查缓冲区 //如果缓冲区已满,就进行等待，直到缓冲区的数据被进程读取为止 while(Interlocked.Read(ref _box) == 1) { Thread.Sleep(10); } //向缓冲区写数据 _buffer = str[i]; //写完数据，标记缓冲区已满 Interlocked.Increment(ref _box); } }); //线程2:读操作 public Thread thread2 = new Thread(() => { for (int j = 0; j < 32; j++) { //写入之前检查缓冲区 //如果缓冲区为空,就进行等待，直到缓冲区的数据被进程填充为止 while(Interlocked.Read(ref _box) == 0) { Thread.Sleep(10); } //向缓冲区读数据 char ch = _buffer; Console.Write(ch); //读完数据，标记缓冲区已空 Interlocked.Decrement(ref _box); } }); }
运行效果图：
InterLocked提供了单个指令的操作，因此他提供了性能非常高的同步。
4.2用Monitor来解决问题
Monitor的原理是这样的：先执行的线程，独占锁，进入临界区，执行临界区资源代码。其他线程，只能在集中在临界资源上等待被叫唤。当独占锁推出资源区，也可以继续让自己等待，等待下一次被叫唤。
//缓存区 private static char _buffer; //用于同步的对象 private static object _objForLock = new object(); //线程1:写操作 public Thread thread1 = new Thread(() => { string str = "横看成岭侧成峰，远近高低各不同。不识庐山真面目,只缘身在此山中。"; for (int i = 0; i < 32; i++) { try { //进入临界区，获取独占锁 Monitor.Enter(_objForLock); //向缓冲区写数据 _buffer = str[i]; //写完后，唤醒在临界资源上睡眠的线程 Monitor.Pulse(_objForLock); //让当前线程睡眠在临界资源上 Monitor.Wait(_objForLock); //整个流程有点像轮班吃饭， //第一个人先去吃饭，第二个在值班等待，第一个吃完了，唤醒第二个吃饭，自己则在等待下一次吃饭。 } catch (ThreadInterruptedException ex) { Console.WriteLine("线程被中断……"); } finally { //退出临界区 Monitor.Exit(_objForLock); } } }); //线程2:读操作 public Thread thread2 = new Thread(() => { for (int j = 0; j < 32; j++) { try { //进入临界区，获取独占锁 Monitor.Enter(_objForLock); //向缓冲区读数据 char ch = _buffer; Console.Write(ch); //写完后，唤醒在临界资源上睡眠的线程 Monitor.Pulse(_objForLock); //让当前线程睡眠在临界资源上 Monitor.Wait(_objForLock); } catch (ThreadInterruptedException ex) { Console.WriteLine("线程被中断……"); } finally { //退出临界区 Monitor.Exit(_objForLock); } } });
不同的是Monitor只能锁定引用类型的对象，值类型会被装箱，等于生成另外一个对象，不能达到同步。为了保证推出临界区资源得到释放，使用了finally。为了方便使用，C#专门使用了lock语句。
所以我们可以完全更简洁的重写上面的try{}finally{}中的关键代码，如下所示：
lock (_objForLock) { //进入临界区，获取独占锁 Monitor.Enter(_objForLock); //向缓冲区写数据 _buffer = str[i]; //写完后，唤醒在临界资源上睡眠的线程 Monitor.Pulse(_objForLock); //让当前线程睡眠在临界资源上 Monitor.Wait(_objForLock); }
独占锁注意：
因为独占锁，其他线程就不能再访问，只有Lock结束后，其他线程才可以访问，这保证了访问的正确性。但是，如果有多个线程对同一个资源进行写操作，在独占锁解开前，其他线程只能被临时暂停，这使得程序的效率大打折扣。所以应该慎用锁，只有必要时才使用。
