C# 中的 Mutex（互斥体）基础用法

在多线程编程中，互斥体（Mutex） 是一种用于同步线程访问共享资源的机制。它确保同一时间只有一个线程可以访问特定的资源，防止数据竞争和资源冲突。在 C# 中，System.Threading.Mutex 类提供了实现互斥体的功能。

1. 什么是 Mutex？

Mutex（Mutual Exclusion） 是一种同步原语，用于在多个线程或进程之间控制对共享资源的访问。Mutex 可以在同一进程内的多个线程之间同步，也可以在不同进程之间同步。

关键特点：

互斥性：同一时间只能有一个线程持有 Mutex。
跨进程同步：Mutex 可以在不同进程之间使用，这一点区别于 lock 关键字或 Monitor 类，这些仅限于同一进程内。

2. Mutex 与其他同步机制的比较

同步机制	跨进程	适用范围
`lock`（`Monitor`）	否	同一进程内的多线程
`Mutex`	是	跨进程或同一进程内的多线程
`Semaphore`	是	控制多个线程或进程对资源的访问
`ReaderWriterLockSlim`	否	高性能的读写锁，同一进程内

选择建议：

如果只需要在同一进程内同步，且对性能有较高要求，推荐使用 lock（Monitor）。
如果需要跨进程同步，或者需要确保即使程序异常终止也能释放资源，选择 Mutex。

3. Mutex 的基本用法

Mutex 的基本操作包括：

创建 Mutex：实例化 Mutex 对象。
获取 Mutex：通过调用 WaitOne 方法请求 Mutex。
释放 Mutex：调用 ReleaseMutex 方法释放持有的 Mutex。

创建 Mutex

// 创建一个未命名的 Mutex，初始状态为未获取
Mutex mutex = new Mutex();

// 创建一个已命名的 Mutex，初始状态为未获取
Mutex mutex = new Mutex(false, "Global\\MyMutexName");

获取和释放 Mutex

try
{
    // 请求获取 Mutex
    mutex.WaitOne();

    // 访问受保护的资源
}
finally
{
    // 确保释放 Mutex
    mutex.ReleaseMutex();
}

4. 命名 Mutex

通过给 Mutex 指定名称，可以在不同的进程之间共享同一个 Mutex 实例。这对于需要跨进程同步的场景非常有用。

bool createdNew;
using (Mutex mutex = new Mutex(false, "Global\\MyNamedMutex", out createdNew))
{
    if (!createdNew)
    {
        Console.WriteLine("Mutex 已存在，可能已有另一个实例在运行。");
    }

    // 请求获取 Mutex
    mutex.WaitOne();

    try
    {
        // 执行需要同步的操作
    }
    finally
    {
        // 释放 Mutex
        mutex.ReleaseMutex();
    }
}

注意事项：

命名时建议使用 Global\ 或 Local\ 前缀，以明确 Mutex 的作用范围。
在 Windows 系统上，Global\ 适用于所有会话，Local\ 仅限当前会话。

5. Mutex 的跨进程同步

Mutex 不仅可以在同一进程内的多个线程之间同步，还可以在不同进程之间实现同步。这对于需要确保单一实例运行的应用程序非常有用。

示例场景：

防止多个应用程序实例同时运行。
不同应用程序之间协调对共享资源（如文件、数据库）的访问。

6. 使用 Mutex 的注意事项

确保释放 Mutex：使用 try...finally 块确保在访问结束后释放 Mutex，避免死锁。
避免长时间持有 Mutex：尽量缩短持有 Mutex 的时间，减少线程等待时间，提高性能。
处理异常：在获取或释放 Mutex 时可能会抛出异常，需做好异常处理。
命名唯一性：命名 Mutex 时确保名称的唯一性，避免与其他应用程序的 Mutex 冲突。

7. 示例代码

以下是一个简单的示例，演示如何使用 Mutex 在同一进程内的多个线程之间同步访问共享资源。

using System;
using System.Threading;

class Program
{
    // 创建一个命名的 Mutex
    static Mutex mutex = new Mutex(false, "Global\\MyMutexExample");

    static void Main(string[] args)
    {
        // 启动多个线程
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Thread t = new Thread(new ThreadStart(AccessResource));
            t.Name = $"线程-{i + 1}";
            t.Start();
        }
    }

    static void AccessResource()
    {
        Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 正在等待 Mutex...");

        // 请求获取 Mutex
        mutex.WaitOne();

        try
        {
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 获得 Mutex。正在访问共享资源...");
            // 模拟访问共享资源
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 访问完毕。");
        }
        finally
        {
            // 释放 Mutex
            mutex.ReleaseMutex();
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} 释放了 Mutex。");
        }
    }
}

输出示例：

线程-1 正在等待 Mutex...
线程-2 正在等待 Mutex...
线程-3 正在等待 Mutex...
线程-4 正在等待 Mutex...
线程-5 正在等待 Mutex...
线程-1 获得 Mutex。正在访问共享资源...
线程-1 访问完毕。
线程-1 释放了 Mutex。
线程-2 获得 Mutex。正在访问共享资源...
线程-2 访问完毕。
线程-2 释放了 Mutex。
...

8. 总结

Mutex 是 C# 中一个强大的同步工具，适用于需要在多线程甚至多进程之间协调对共享资源的访问的场景。通过合理使用 Mutex，可以有效避免数据竞争和资源冲突，提高应用程序的稳定性和可靠性。然而，由于 Mutex 的开销相对较大，且可能导致线程阻塞，因此在同一进程内进行简单的线程同步时，优先考虑使用 lock（Monitor）等更轻量级的同步机制。

关键要点：

Mutex 可用于跨线程和跨进程同步。
命名 Mutex 允许在不同进程之间共享同一个 Mutex 实例。
使用 WaitOne 获取 Mutex，使用 ReleaseMutex 释放 Mutex。
始终确保在 finally 块中释放 Mutex，避免死锁。
适当选择同步机制，根据实际需求和性能要求做出权衡。

通过深入理解和正确使用 Mutex，可以有效地管理并发访问，确保程序的正确性和稳定性。

posted @ 2024-10-10 00:33 阿遇而已阅读(123) 评论(0) 编辑收藏举报

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