C#中的锁

RoyLee0826

已于 2024-02-22 17:15:10 修改

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文章标签： c#

于 2024-02-22 17:09:54 首次发布

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本文详细介绍了C#中用于线程同步的几种常见机制，如lock关键字、Monitor类、Mutex、Semaphore和AutoResetEvent，阐述了它们的特点、工作原理和适用场景，以及lock和AutoResetEvent的区别和使用情况。

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锁

在 C# 中，用于实现线程同步的常见锁包括以下几种：

lock 关键字：lock 关键字是 C# 中最简单和最常用的锁机制，用于在代码块中获取对象的互斥锁，确保同一时间只有一个线程能够执行该代码块。
Monitor 类：Monitor 类提供了一种更灵活的同步机制，通过 Monitor.Enter 和 Monitor.Exit 方法来获取和释放对象的锁。除了基本的互斥锁外，Monitor 还提供了等待和通知的功能，可以实现更复杂的线程同步方案。
Mutex 类：Mutex 是一种操作系统级别的内核对象，可以用于进程间的同步。在 C# 中，Mutex 类封装了操作系统提供的互斥体，可以用于实现跨进程的线程同步。
Semaphore 类：Semaphore 也是一种操作系统级别的同步原语，用于控制同时访问共享资源的线程数量。Semaphore 类允许指定一个计数器，表示可访问共享资源的线程数量，适用于一些限流的场景。
AutoResetEvent 和 ManualResetEvent 类：AutoResetEvent 和 ManualResetEvent 类是基于事件的同步原语，用于线程间的信号通知和同步。它们允许一个或多个线程等待另一个线程发送信号，然后继续执行。

这些锁机制在 C# 中都有各自的特点和适用场景，开发人员可以根据具体需求选择合适的锁来实现线程同步。

下面主要介绍lock 和AutoResetEvent ：

lock

在 C# 中， lock 是一种语言级别的关键字，用于实现线程同步和互斥。它提供了一种简单的方式来确保多个线程不会同时访问共享资源，从而避免竞争条件和数据不一致的问题。

使用 lock 关键字时，需要指定一个对象作为锁对象。当一个线程获取到该锁对象时，其他线程将被阻塞，直到该线程释放锁对象。
当一个线程进入 lock 块时，它会自动获取锁对象，并执行临界区代码。当线程退出 lock 块时，它会自动释放锁对象。

以下是 lock 关键字的工作原理：

当一个线程遇到 lock 关键字时，它会尝试获取锁对象。
如果锁对象当前没有被其他线程占用，则该线程获得了锁，进入临界区执行代码。
如果锁对象已经被其他线程占用，那么当前线程会被阻塞，直到锁对象可用。
当线程执行完临界区代码后，无论是正常执行完毕还是发生异常，它都会自动释放锁对象，以允许其他线程获得锁。

使用 lock 关键字可以确保同一时间只有一个线程能够执行临界区代码，从而保证共享资源的安全访问。

下面是一个示例代码，演示了 lock 关键字的自动上锁和解锁：

using System;
using System.Threading;

class Program
{
	//创建锁对象
    static object lockObject = new object();

    static void Main()
    {
        Thread t1 = new Thread(DoWork);
        Thread t2 = new Thread(DoWork);

        t1.Start();
        t2.Start();

        t1.Join();
        t2.Join();

        Console.WriteLine("All threads have finished.");
    }

    static void DoWork()
    {
        lock (lockObject) // 使用 lock 关键字获取锁
        {
            Console.WriteLine($"Thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} is working...");
            Thread.Sleep(2000); // 模拟工作
        }
    }
}

在这个示例中，当一个线程进入 DoWork 方法，并执行到 lock (lockObject) 这行代码时，它会自动获取 lockObject 锁对象。其他线程在此期间将被阻塞。当线程执行完临界区代码后，它会自动释放 lockObject 锁对象，以允许其他线程获得锁。

因此，lock 关键字在 C# 中提供了一种方便的方式来自动进行上锁和解锁，确保线程同步和共享资源的安全访问。

AutoResetEvent

AutoResetEvent 是 C# 中基于事件的同步原语之一，用于线程间的信号通知和同步。它允许一个或多个线程等待另一个线程发送信号，然后继续执行。

AutoResetEvent 的工作原理如下：

线程调用 WaitOne() 方法等待事件的发生，如果事件未发生，则线程会被阻塞；如果事件已经发生，则线程可以继续执行。
另一个线程调用 Set() 方法触发事件，从而唤醒等待中的线程。
AutoResetEvent 会自动重置事件状态，即在一个等待线程被唤醒后，事件会变为非触发状态，如果没有线程在等待事件，则事件保持非触发状态。

以下是 AutoResetEvent 的常用方法和属性：

WaitOne()：等待事件的发生，如果事件未发生则阻塞当前线程。
Set()：触发事件，唤醒一个或多个等待中的线程。
Reset()：重置事件状态为非触发状态，即将事件重置为初始状态。
WaitOne(int millisecondsTimeout)：等待事件的发生，如果事件未发生则阻塞当前线程，最多等待指定时间（以毫秒为单位）。
WaitOne(TimeSpan timeout)：等待事件的发生，如果事件未发生则阻塞当前线程，最多等待指定时间。

AutoResetEvent 可以用于实现一些需要线程间同步和通信的场景，例如控制线程的执行顺序、异步操作的同步、线程池中的任务调度等。需要注意的是，AutoResetEvent 在使用过程中需要注意正确地控制事件状态，避免出现死锁或其他并发问题。

AutoResetEvent 和 lock的异同

AutoResetEvent 和 lock 是.NET Framework 中用于线程同步的两种不同的机制。它们有以下异同点：

相同点：

线程同步：AutoResetEvent 和 lock 都用于实现线程之间的同步，以确保共享资源的安全访问。

不同点：

用途和语义：AutoResetEvent 用于线程间的信号通知和同步，其中一个线程等待另一个线程发出信号后才能继续执行；而 lock 用于互斥访问共享资源，同一时间只允许一个线程访问临界区代码。
所需的代码位置：AutoResetEvent 可以使用在任何需要线程间同步和通信的地方，而 lock 只能用于包含临界区代码的方法或代码块中。
使用方式：AutoResetEvent 使用 WaitOne() 方法等待信号，使用 Set() 方法发送信号；lock 使用 lock 关键字获取锁对象，自动上锁和解锁。
锁定粒度：AutoResetEvent 允许线程级别的同步，可以控制单个线程的执行；lock 可以控制更细粒度的同步，例如在方法内部的临界区代码段。
可扩展性：lock 仅适用于单个应用程序域中的线程同步；而 AutoResetEvent 可以在多个应用程序域之间进行线程同步。

选择使用 AutoResetEvent 还是 lock 取决于具体的场景和需求。如果需要线程间的信号通知和同步，可以选择 AutoResetEvent。如果只需要互斥访问共享资源，可以选择 lock。通常情况下，lock 是更常用和更简单的机制，但在某些复杂的场景中，AutoResetEvent 可能更适合实现特定的线程同步需求。