浅谈.Net（C#）中的线程同步（一）

Question

在编写多线程程序时无可避免会遇到线程的同步问题。什么是线程的同步呢？举个例子：如果在一个公司里面有一个变量记录某人T的工资count=100，有两个主管A和B（即工作线程）在早一些时候拿了这个变量的值回去，过了一段时间A主管将T的工资加了5块，并存回count变量，而B主管将T的工资减去3块，并存回count变量。
好了，本来T君可以得到102块的工资的，现在就变成98块了。这就是线程同步要解决的问题。在.Net的某些对象里面，在读取里面的数据的同时还可以修改数据，这类的对象就是“线程安全”。
但对于自己编写的代码段而言，就不需使用线程同步技术来保证数据的完整性和正确性了。记住这点：
1、如果一个对象（或变量）不会同时被多个其他线程访问，那么这个对象是不需使用线程同步的。
2、如果虽然有多个线程同时访问一个对象，但他们所访问的数据或方法并不相同（不交叉），那这种情况也不需使用线程同步。
例如上例中的那个公司里面如果有 T 和 Q 两个人，但他们的工资分别是由 A 和 B 主管的，那么这个工资的处理就不需要线程同步了。
3、如果一个对象会同时被多个其他线程访问，一般只需为这个对象添加线程同步的代码，而其他线程是不需添加额外代码的。在C#里面用于实现线程同步的常用类有如下几类
1、Mutex类（互斥器），Monitor类，lock方法
2、ManualResetEvent类，AutoResetEvent类（这两个都是由EventWaitHandle类派生出来的）
3、ReaderWriterLock类同一类的作用都差不多：其中
第一类的作用是：用来保护某段代码在执行的时候以独占的方式执行，这时如果有第二个线程想访问这个对象时就会被暂停。一直等到独占的代码执行为止。使用这个方法就可以解决文章一开始时提出的问题了。例如主管A要处理T君的工资之前，先lock一下T君，然后取出目前的count值，处理完之后再解除T君的锁定。如果在主管B在主管A处理工资时也想取出count值，那么它只能是一直地等待A处理完之后才能继续了。
使用这个方法的一个缺点就是会降低程序的效率。本来是一个多个线程的操作，一旦遇到lock的语句时，那么这些线程只要排队处理，形同一个单线程操作。下面举个例子说明一下这三个方法的使用：
假定有一个Tools类，里面一个int变量，还有Add和Delete方法，其中Add方法会使int变量的值增加，Delete方法使int变量值减少：public class Tools
{
//sample by Kwanhong Young, see more http://bbs.helloit.info
private int count = 100;
public void Add(int n)
{
count+=n;
}public void Delete(int n)
{
count-=n;
}
}在多个线程同时访问这段代码的情况下，因为一个语句会被编译器编译成多个指令，所以会可能出现这种情况：但某个线程调用Add方法时，这时的count值为100，而正当要加上n的时候，另外一个线程调用了Delete，它要减去m，结果count加上了n，然后又在原先count=100的值的情况下减掉了m，最后的结果是count被减去了m,而没有加上n。
很明显Add方法和Delete方法是不能同时被调用的，所以必须进行线程同步处理。简单的方法是用lock语句：public class Tools
{
private object abcde = new object();
private int count = 100;public void Add(int n)
{
lock(abcde)
{
count+=n;
}
}public void Delete(int n)
{
lock(abcde)
{
count-=n;
}
}
}其中abcde是一个private级的内部变量，它不表示任何的意义，只是作为一种“令牌”的角色。
当执行Add方法中的lock(abcde)方法时，这个令牌就在Add方法的手中了，如果这时有第二个线程也想拿这个令牌，没门，惟有等待。一旦第一个lock语句的花括号范围结束之后，这时令牌就被释放了，同时会迅速落到第二个线程的手中，并且排除其他后来的人。使用Monitor类的方法大致一样：public class Tools
{
private object abcde = new object();
private int count = 100;public void Add(int n)
{
Monitor.Enter(abcde);
count+=n;
Monitor.Exit(abcde);
}public void Delete(int n)
{
Monitor.Enter(abcde);
count-=n;
Monitor.Exit(abcde);
}
}Monitor的常用方法：Enter和Exit都是静态方法，作用跟lock语句的两个花括号一样。而使用 Mutex 就不需声明一个“令牌”对象了，但要实例化之后才可以使用：public class Tools
{
private Mutex mut = new Mutex();
private int count = 100;public void Add(int n)
{
mut.WaitOne();
count+=n;
mut.ReleaseMutex();
}public void Delete(int n)
{
mut.WaitOne();
count-=n;
mut.ReleaseMutex();
}
}其中的WaitOne为等待方法，一直等到Mutex 被释放为止。初始的情况下，Mutex 对象是处于释放状态的，而一旦执行了WaitOne方法之后，它就被捕获了，一直到被调用了ReleaseMutex方法之后才被释放。使用这三种方法都有一个要注意的问题，就是在独占代码段里面如果引起了异常，可能会使“令牌”对象不被释放，这样程序就会一直地死等下去了。
所以要在独占代码段里面处理好异常。例如下面这样的代码就是错误的：public void Add(int n)
{
//see more: http://bbs.helloit.info
try
{
mut.WaitOne();
count+=n;
//....这里省略了N行代码
//....这里是有可能引起异常的代码
//....这里省略了N行代码
mut.ReleaseMutex();
}
catch
{
Console.Writeline("error.");
}
}上面的代码一旦在try和catch里面发生了异常，那么Mutex就不能被释放，后面的程序就会卡死在WaitOne()一行，而应该改成这样：public void Add(int n)
{
//see more: http://bbs.helloit.info
mut.WaitOne();
try
{
count+=n;
//....这里省略了N行代码
//....这里是有可能引起异常的代码
//....这里省略了N行代码
}
catch
{
Console.Writeline("error.");
}
mut.ReleaseMutex();
}

Answer 1

使用lock时有时不必要申明一个变量。
使用:lock(this);

Answer 2

微软MSDN的一段说明：通常，应避免锁定 public 类型，否则实例将超出代码的控制范围。常见的结构 lock (this)、lock (typeof (MyType)) 和 lock ("myLock") 违反此准则：    *
      如果实例可以被公共访问，将出现 lock (this) 问题。
    *
      如果 MyType 可以被公共访问，将出现 lock (typeof (MyType)) 问题。
    *
      由于进程中使用同一字符串的任何其他代码将共享同一个锁，所以出现 lock(“myLock”) 问题。最佳做法是定义 private 对象来锁定, 或 private shared 对象变量来保护所有实例所共有的数据。from:http://msdn2.microsoft.com/zh-CN/library/c5kehkcz.aspx