C#多线程系列(2)：多线程锁lock和Monitor
C# 中，可以使用 lock 关键字和 Monitor 类来解决多线程锁定资源和死锁的问题。
官方解释：lock 语句获取给定对象的互斥 lock，执行语句块，然后释放 lock。
下面我们将来探究 lock 关键字和 Monitor 类的使用。
1，Lock
lock 用于读一个引用类型进行加锁，同一时刻内只有一个线程能够访问此对象。lock 是语法糖，是通过 Monitor 来实现的。
Lock 锁定的对象，应该是静态的引用类型（字符串除外）。
如果你能保证字符串的唯一性，例如 Guid 生成的字符串，也是可以作为锁的对象使用的(但不建议)。
锁的对象也不一定要静态才行，也可以通过类实例的成员变量，作为锁对象。
lock 原型
lock 是 Monitor 的语法糖，生成的代码对比：
lock (x)
{
// Your code...
}
object __lockObj = x;
bool __lockWasTaken = false;
try
{
System.Threading.Monitor.Enter(__lockObj, ref __lockWasTaken);
// Your code...
}
finally
{
if (__lockWasTaken) System.Threading.Monitor.Exit(__lockObj);
}
这里先不理会 Monitor，后面再说。
lock 编写实例
首先，如果像下面这样写的话，拉出去打 si 吧。
public void MyLock()
{
object o = new object();
lock (o)
{
//
}
}
下面编写一个简单的锁，示例如下：
class Program
{
private static object obj = new object();
private static int sum = 0;
static void Main(string[] args)
{
Thread thread1 = new Thread(Sum1);
thread1.Start();
Thread thread2 = new Thread(Sum2);
thread2.Start();
while (true)
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now.ToString()}:" + sum);
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
}
public static void Sum1()
{
sum = 0;
lock (obj)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
sum += i;
Console.WriteLine("Sum1");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
}
}
}
public static void Sum2()
{
sum = 0;
lock (obj)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
sum += 1;
Console.WriteLine("Sum2");
Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
}
}
}
}
类将自己设置为锁， 这可以防止恶意代码对公共对象采用做锁。
例如：
public void Access()
{
lock(this) {}
}
锁不太适合I/O场景，例如文件I/O，繁杂的计算或者操作比较持久的过程，会给程序带来很大的性能损失。
10 种优化锁的性能方法： http://www.thinkingparallel.com/2007/07/31/10-ways-to-reduce-lock-contention-in-threaded-programs/
2，Monitor
此对象提供同步访问对象的机制；Monotor 是一个静态类型，其方法比较少，常用方法如下：
| 操作 | 说明 |
|---|---|
| Enter， TryEnter | 获取对象的锁。 此操作还标记关键节的开头。 其他任何线程都不能输入临界区，除非它使用不同的锁定对象执行临界区中的说明。 |
| Wait | 释放对象的锁，以允许其他线程锁定并访问对象。 调用线程会等待另一个线程访问对象。 使用脉冲信号通知等待线程关于对象状态的更改。 |
| Pulse 、PulseAll | 将信号发送到一个或多个等待线程。 信号通知等待线程：锁定对象的状态已更改，锁的所有者已准备好释放该锁。 正在等待的线程置于对象的就绪队列中，因此它可能最终接收对象的锁。 线程锁定后，它可以检查对象的新状态，以查看是否已达到所需的状态。 |
| Exit | 释放对象的锁。 此操作还标记受锁定对象保护的临界区的结尾。 |
怎么用呢
下面是一个很简单的示例：
private static object obj = new object();
private static bool acquiredLock = false;
public static void Test()
{
try
{
Monitor.Enter(obj, ref acquiredLock);
}
catch { }
finally
{
if (acquiredLock)
Monitor.Exit(obj);
}
}
Monitor.Enter 锁定 obj 这个对象，并且设置 acquiredLock 为 true，告诉别人 obj 已经被锁定。
最后结束时，判断 acquiredLock ，释放锁，并设置 acquiredLock 为 false。
解释一下
临界区：指被某些符号包围的范围。例如 {} 内。
Monitor 对象的 Enter 和 Exit 方法来标记临界区的开头和结尾。
Enter() 方法获取锁后，能够保证只有单个线程能够使用临界区中的代码。使用 Monitor 类，最好搭配 try{...}catch{...}finally{...} 来使用，因为如果获取到锁但是没有释放锁的话，会导致其它线程无限阻塞，即发生死锁。
一般来说，lock 关键字够用了。
示例
下面示范了多个线程如何使用 Monitor 来实现锁：
private static object obj = new object();
private static bool acquiredLock = false;
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Test1).Start();
Thread.Sleep(1000);
new Thread(Test2).Start();
}
public static void Test1()
{
try
{
Monitor.Enter(obj, ref acquiredLock);
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine("Test1正在锁定资源");
Thread.Sleep(1000);
}
}
catch { }
finally
{
if (acquiredLock)
Monitor.Exit(obj);
Console.WriteLine("Test1已经释放资源");
}
}
public static void Test2()
{
bool isGetLock = false;
Monitor.Enter(obj);
try
{
Monitor.Enter(obj, ref acquiredLock);
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine("Test2正在锁定资源");
Thread.Sleep(1000);
}
}
catch { }
finally
{
if (acquiredLock)
Monitor.Exit(obj);
Console.WriteLine("Test2已经释放资源");
}
}
设置获取锁的时效
如果对象已经被锁定，另一个线程使用 Monitor.Enter 对象，就会一直等待另一个线程解除锁定。
但是，如果一个线程发生问题或者出现死锁的情况，锁一直被锁定呢？或者线程具有时效性，超过一段时间不执行，已经没有了意义呢？
我们可以通过 Monitor.TryEnter() 来设置等待时间，超过一段时间后，如果锁还没有释放，就会返回 false。
改造上面的示例如下：
private static object obj = new object();
private static bool acquiredLock = false;
static void Main(string[] args)
{
new Thread(Test1).Start();
Thread.Sleep(1000);
new Thread(Test2).Start();
}
public static void Test1()
{
try
{
Monitor.Enter(obj, ref acquiredLock);
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine("Test1正在锁定资源");
Thread.Sleep(1000);
}
}
catch { }
finally
{
if (acquiredLock)
Monitor.Exit(obj);
Console.WriteLine("Test1已经释放资源");
}
}
public static void Test2()
{
bool isGetLock = false;
isGetLock = Monitor.TryEnter(obj, 500);
if (isGetLock == false)
{
Console.WriteLine("锁还没有释放，我不干活了");
return;
}
try
{
Monitor.Enter(obj, ref acquiredLock);
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Console.WriteLine("Test2正在锁定资源");
Thread.Sleep(1000);
}
}
catch { }
finally
{
if (acquiredLock)
Monitor.Exit(obj);
Console.WriteLine("Test2已经释放资源");
}
}
对于锁的使用，还有很多高级复杂的技术，本文简单地介绍了 Lock 和 Monitor 的使用。
随着教程的深入，会继续学习很多高级的使用方法。
