C#线程同步讲解(二)：

继续介绍WaitHandler类及其子类 Mutex，ManualResetEvent，AutoResetEvent的用法。.NET中线程同步的方式多的让人看了眼花缭乱，究竟该怎么去理解呢？其实，我们抛开.NET环境看线程同步，无非是执行两种操作：一是互斥/加锁，目的是保证临界区代码操作的“原子性”；另一种是信号灯操作，目的是保证多个线程按照一定顺序执行，如生产者线程要先于消费者线程执行。.NET中线程同步的类无非是对这两种方式的封装，目的归根结底都可以归结为实现互斥/ 加锁或者是信号灯这两种方式，只是它们的适用场合有所不。下面我们根据类的层次结构了解WaitHandler及其子类。

1.WaitHandler

WaitHandle是Mutex，Semaphore，EventWaitHandler，AutoResetEvent，ManualResetEvent共同的祖先，它封装Win32同步句柄内核对象，也就是说是这些内核对象的托管版本。

线程可以通过调用WaitHandler实例的方法WaitOne在单个等待句柄上阻止。此外，WaitHandler类重载了静态方法，以等待所有指定的等待句柄都已收集到信号WaitAll，或者等待某一指定的等待句柄收集到信号WaitAny。这些方法都提供了放弃等待的超时间隔、在进入等待之前退出同步上下文的机会，并允许其它线程使用同步上下文。WaitHandler是C#中的抽象类，不能实例化。

2.EventWaitHandlervs. ManualResetEvent vs. AutoResetEvent（同步事件）

先看看两个子类ManualResetEvent和AutoResetEvent在.NET Framework中的实现： 

//.NET Framework中ManualResetEvent类的实现 

[ComVisible(true),HostProtection(SecurityAction.LinkDemand, Synchronization = true,ExternalThreading = true)] 

    public sealed class ManualResetEvent :EventWaitHandle 

    { 

        // Methods 

        publicManualResetEvent(bool initialState)

:base(initialState,EventResetMode.ManualReset) 

        { 

        } 

    } 

 

    //.NET Framework中AutoResetEvent类的实现 

    [ComVisible(true),HostProtection(SecurityAction.LinkDemand, Synchronization = true,ExternalThreading = true)] 

    public sealed class AutoResetEvent :EventWaitHandle 

    { 

        // Methods 

        public AutoResetEvent(boolinitialState) 

            : base(initialState,EventResetMode.AutoReset) 

        { 

        } 

    } 

原来ManualResetEvent和AutoResetEvent都继承自EventWaitHandler，它们的唯一区别就在于父类EventWaitHandler的构造函数参数EventResetMode不同，这样我们只要弄清了参数EventResetMode值不同时，EventWaitHandler类控制线程同步的行为有什么不同，两个子类也就清楚了。为了便于描述，我们不去介绍父类的两种模式，而直接介绍子类。

ManualResetEvent和AutoResetEvent的共同点：

1）Set方法将事件状态设置为终止状态，允许一个或多个等待线程继续；Reset方法将事件状态设置为非终止状态，导致线程阻止；WaitOne阻止当前线程，直到当前线程的WaitHandler收到事件信号。

2）可以通过构造函数的参数值来决定其初始状态，若为true则事件为终止状态从而使线程为非阻塞状态，为false则线程为阻塞状态。

3）如果某个线程调用WaitOne方法，则当事件状态为终止状态时，该线程会得到信号，继续向下执行。

ManualResetEvent和AutoResetEvent的不同点：

1）AutoResetEvent.WaitOne()每次只允许一个线程进入，当某个线程得到信号后，AutoResetEvent会自动又将信号置为不发送状态，则其他调用WaitOne的线程只有继续等待，也就是说AutoResetEvent一次只唤醒一个线程；

2）ManualResetEvent则可以唤醒多个线程，因为当某个线程调用了ManualResetEvent.Set()方法后，其他调用WaitOne的线程获得信号得以继续执行，而ManualResetEvent不会自动将信号置为不发送。

3）也就是说，除非手工调用了ManualResetEvent.Reset()方法，则ManualResetEvent将一直保持有信号状态，ManualResetEvent也就可以同时唤醒多个线程继续执行。

 示例场景：张三、李四两个好朋友去餐馆吃饭，两个人点了一份宫爆鸡丁，宫爆鸡丁做好需要一段时间，张三、李四不愿傻等，都专心致志的玩起了手机游戏，心想宫爆鸡丁做好了，服务员肯定会叫我们的。服务员上菜之后，张三李四开始享用美味的饭菜，饭菜吃光了，他们再叫服务员过来买单。我们可以从这个场景中抽象出来三个线程，张三线程、李四线程和服务员线程，他们之间需要同步：服务员上菜—>张三、李四开始享用宫爆鸡丁—>吃好后叫服务员过来买单。这个同步用什么呢？ ManualResetEvent还是AutoResetEvent？通过上面的分析不难看出，应该用ManualResetEvent进行同步，下面是程序代码： 

public classEventWaitTest 

   { 

       private string name; //顾客姓名 

       //private static AutoResetEvent eventWait = newAutoResetEvent(false); 

       private static ManualResetEvent eventWait = newManualResetEvent(false); 

       private static ManualResetEvent eventOver = newManualResetEvent(false); 

 

       public EventWaitTest(string name) 

       { 

           this.name = name; 

       } 

 

       public static void Product() 

       { 

           Console.WriteLine("服务员：厨师在做菜呢，两位稍等"); 

           Thread.Sleep(2000); 

           Console.WriteLine("服务员：宫爆鸡丁好了"); 

           eventWait.Set(); 

           while (true) 

           { 

                if (eventOver.WaitOne(1000,false)) 

               { 

                    Console.WriteLine("服务员：两位请买单"); 

                    eventOver.Reset(); 

                } 

           } 

       } 

       public void Consume() 

       { 

           while (true) 

           { 

                if (eventWait.WaitOne(1000,false)) 

                { 

                    Console.WriteLine(this.name+ "：开始吃宫爆鸡丁"); 

                    Thread.Sleep(2000); 

                    Console.WriteLine(this.name+ "：宫爆鸡丁吃光了"); 

                   eventWait.Reset(); 

                    eventOver.Set(); 

                    break; 

                } 

                else 

                { 

                    Console.WriteLine(this.name+ "：等着上菜无聊先玩会手机游戏"); 

                } 

            } 

       } 

   } 

   public class App 

   { 

       public static void Main(string[] args) 

       { 

           EventWaitTest zhangsan = new EventWaitTest("张三"); 

           EventWaitTest lisi = new EventWaitTest("李四"); 

 

            Thread t1 = new Thread(newThreadStart(zhangsan.Consume)); 

           Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(lisi.Consume)); 

           Thread t3 = new Thread(new ThreadStart(EventWaitTest.Product)); 

 

           t1.Start(); 

           t2.Start(); 

           t3.Start(); 

 

           Console.Read();          

       } 

} 

如果改用AutoResetEvent进行同步呢？会出现什么样的结果？恐怕张三和李四就要打起来了，一个享用了美味的宫爆鸡丁，另一个到要付账的时候却还在玩游戏。可以把注释的那行代码注释去掉，并把下面一行代码注释掉，运行程序看会出现怎样的结果。

3.Mutex(互斥体）

Mutex和EventWaitHandler有着共同的父类WaitHandler类，它们同步的函数用法也差不多，这里不再赘述。Mutex的突出特点是可以跨应用程序域边界对资源进行独占访问，即可以用于同步不同进程中的线程，这种功能当然这是以牺牲更多的系统资源为代价的。

4.几种同步方法的区别

lock和Monitor是.NET用一个特殊结构实现的，Monitor对象是完全托管的、完全可移植的，并且在操作系统资源要求方面可能更为有效，同步速度较快，但不能跨进程同步。lock（Monitor.Enter和Monitor.Exit方法的封装），主要作用是锁定临界区，使临界区代码只能被获得锁的线程执行。Monitor.Wait和Monitor.Pulse用于线程同步，类似信号操作，个人感觉使用比较复杂，容易造成死锁。

互斥体Mutex和事件对象EventWaitHandler属于内核对象，利用内核对象进行线程同步，线程必须要在用户模式和内核模式间切换，所以一般效率很低，但利用互斥对象和事件对象这样的内核对象，可以在多个进程中的各个线程间进行同步。

互斥体Mutex类似于一个接力棒，拿到接力棒的线程才可以开始跑，当然接力棒一次只属于一个线程(ThreadAffinity)，如果这个线程不释放接力棒(Mutex.ReleaseMutex)，那么没办法，其他所有需要接力棒运行的线程都知道能等着看热闹。

EventWaitHandle类允许线程通过发信号互相通信。通常，一个或多个线程在EventWaitHandle 上阻止，直到一个未阻止的线程调用 Set 方法，以释放一个或多个被阻止的线程。

 

5.什么时候需要锁定

首先要理解锁定是解决竞争条件的，也就是多个线程同时访问某个资源，造成意想不到的结果。比如，最简单的情况是，一个计数器，两个线程同时加一，后果就是损失了一个计数，但相当频繁的锁定又可能带来性能上的消耗，还有最可怕的情况死锁。那么什么情况下我们需要使用锁，什么情况下不需要呢？

1）只有共享资源才需要锁定

只有可以被多线程访问的共享资源才需要考虑锁定，比如静态变量，再比如某些缓存中的值，而属于线程内部的变量不需要锁定。

2）多使用lock,少用Mutex

如果你一定要使用锁定，请尽量不要使用内核模块的锁定机制，比如.NET的Mutex，Semaphore，AutoResetEvent和 ManuResetEvent，使用这样的机制涉及到了系统在用户模式和内核模式间的切换，性能差很多，但是他们的优点是可以跨进程同步线程，所以应该清楚的了解到他们的不同和适用范围。

3）了解你的程序是怎么运行的

实际上在web开发中大多数逻辑都是在单个线程中展开的，一个请求都会在一个单独的线程中处理，其中的大部分变量都是属于这个线程的，根本没有必要考虑锁定，当然对于ASP.NET中的Application对象中的数据，我们就要考虑加锁了。

4）把锁定交给数据库

数据库除了存储数据之外，还有一个重要的用途就是同步，数据库本身用了一套复杂的机制来保证数据的可靠和一致性，这就为我们节省了很多的精力。保证了数据源头上的同步，我们多数的精力就可以集中在缓存等其他一些资源的同步访问上了。通常，只有涉及到多个线程修改数据库中同一条记录时，我们才考虑加锁。

5）业务逻辑对事务和线程安全的要求

这条是最根本的东西，开发完全线程安全的程序是件很费时费力的事情，在电子商务等涉及金融系统的案例中，许多逻辑都必须严格的线程安全，所以我们不得不牺牲一些性能，和很多的开发时间来做这方面的工作。而一般的应用中，许多情况下虽然程序有竞争的危险，我们还是可以不使用锁定，比如有的时候计数器少一多一，对结果无伤大雅的情况下，我们就可以不用去管它。