.NET多线程之线程安全，Lock（锁）、Monitor（同步访问）、LazyInitializer（延迟初始化）、Interlocked（原子操作）、static（静态）构造函数、volatile、

1、什么是线程安全　

　　线程安全是编程中的术语，指某个函数、函数库在多线程环境中被调用时，能够正确地处理多个线程之间的共享变量，使程序功能正确完成。
一般来说，线程安全的函数应该为每个调用它的线程分配专门的空间，来储存需要单独保存的状态（如果需要的话），不依赖于“线程惯性”，把多个线程共享的变量正确对待（如，通知编译器该变量为“易失（volatile）”型，阻止其进行一些不恰当的优化），而且，线程安全的函数一般不应该修改全局对象。（注：摘自https://www.baidu.gugeeseo.com/wiki/%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E5%AE%89%E5%85%A8）

　　这里有两个前提：

　　1、多线程环境

　　2、线程直接共享变量

　　在这个前提下，我们才可以讨论线程安全问题。那什么是线程安全？如果上边的文字还不能理解，请看以下示例：

　　

　　　　 private int number = 0;
        public void TestVolatile()
        {
            for (var i = 0; i < 100; i++)
            {
                number++;
            }
            Console.WriteLine(number);
        }

输出结果：100

这个结果和我们预期的一直，但这是单线程环境，现在我们使用多线程环境

 　　　　public void Test()
        {
            for (var i = 0; i < 10; i++)
            {
                TestVolatile();
            }
        }

        public void TestVolatile()
        {
            int number = 0;
            var tasks = new List<Task>();
            for (var i = 0; i < 100; i++)
            {
                var task = Task.Run(() =>
                {
                    number++;
                });
                tasks.Add(task);
            }
            Task.WaitAll(tasks.ToArray());
            Console.WriteLine(number);
        }

数据结果：

我们发现多线程环境下：

1、输出结果不是一个固定的值

2、输出结果和单线程环境结果不一致，和我们的预期不一致

通过上述两个示例，我们可以明确：示例一是线程安全的，示例二不是线程安全的

 

2、如何解决线程安全

 　　在思考如何解决线程安全问题前，我们先思考下示例二为什么会出现这种结果？

　　 首先，它肯定是执行了100次累加的，其次为什么结果会不是100呢？

　　 答案只有一个：脏读了，就是说：我同时多个线程读取到的number相同，大家都加了1在赋值给number，导致结果就是看上去只有一个加了1。

　　 所以根据这个问题，我们解决的思路就是多线程环境下对number++执行应该是单线程的，同时只能有一个线程在执行此段代码。

　　 所以想要解决线程安全问题，其实就是解决执行代码段原子性问题，确保同时只有一个线程在访问，那我们就说这段代码是线程安全的。在.NET中线程安全问题主要可以通过以下方式处理，它们各自适用的环境不一样，需要了解其机制酌情使用：

对象名/关键字	方法	说明	示例
lock（关键字）		通过获取指定对象的排它锁，达到一段代码块线程安全的执行； lock本身是个语法糖，底层是通过Monitor来实现的; private static object _LOCK = new object(); public void Main() { Monitor.Enter(_LOCK); try { //执行 } catch { } finally { Monitor.Exit(_LOCK); } }	private static object _LOCK = new object(); public void Main() { lock (_LOCK) { } }
volatile（变量修饰符）		volatile是C#中用于控制同步的关键字，其意义是针对程序中一些敏感数据，不允许多线程同时访问，保证数据在任何访问时刻，最多有一个线程访问，以保证数据的完整性，volatile是修饰变量的修饰符。 多个线程同时访问一个变量，CLR为了效率，允许每个线程进行本地缓存，这就导致了变量的不一致性。volatile就是为了解决这个问题，volatile修饰的变量，不允许线程进行本地缓存，每个线程的读写都是直接操作在共享内存上，这就保证了变量始终具有一致性。	private volatile bool _isCompleteCalled;
static 构造函数		将构造函数申明未静态的，这是利用的C# 类加载机制实现的。其只会在类第一次实例化时执行，优先级高于非静态构造函数；	public class TestLock { static TestLock() { //在第一次实例化的时候，仅执行一次 } }
Interlocked（为多个线程共享的变量提供原子操作）	Add	对两个整数进行求和并用和替换第一个整数，上述操作作为一个原子操作完成。
	CompareExchange	比较两个对象 T 是否相等，如果相等，则替换第一个。
	Decrement	以原子操作的形式递减指定变量的值并存储结果
	Exchange	以原子操作的形式，将对象设置为指定的值并返回对原始对象的引用。
	Increment	以原子操作的形式递增指定变量的值并存储结果
LazyInitializer（提供延迟初始化例程）	EnsureInitialized	初始化具有类型的默认构造函数的目标引用类型，如果其尚未已初始化。
Monitor（提供同步访问对象的机制）	Enter	在指定对象上获取排他锁
	Exit	释放指定对象上的排他锁
	IsEntered	确定当前线程是否保留指定对象上的锁
	Pulse	通知等待队列中的线程锁定对象状态的更改
	PulseAll	通知所有的等待线程对象状态的更改
	TryEnter	在指定的时间内尝试获取指定对象上的排他锁
	Wait	释放对象上的锁并阻止当前线程，直到它重新获取该锁。 如果已用指定的超时时间间隔，则线程进入就绪队列。 此方法还指定是否在等待之前退出上下文的同步域（如果在同步上下文中）然后重新获取该同步域。
System.Collections.Concurrent.BlockingCollection<T>		为实现 System.Collections.Concurrent.IProducerConsumerCollection`1 的线程安全集合提供阻塞和限制功能。
System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag<T>		表示对象的线程安全的无序集合。
System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary<TKey, TValue>		表示可由多个线程同时访问的键/值对的线程安全集合。
System.Collections.Concurrent.ConcurrentQueue<T>		表示线程安全的先进先出 (FIFO) 集合。
System.Collections.Concurrent.ConcurrentStack<T>		表示线程安全的后进先出 (LIFO) 集合。