Lock锁定对象最佳做法研究

lock 关键字可确保当一个线程位于代码的临界区时，另一个线程不会进入该临界区。如果其他线程尝试进入锁定的代码，则它将一直等待（即被阻止），直到该对象被释放。
 
线程处理（C# 和 Visual Basic） 这节讨论了线程处理。

lock 关键字在块的开始处调用 Enter，而在块的结尾处调用 Exit。ThreadInterruptedException 引发，如果 Interrupt 中断等待输入 lock 语句的线程。
 
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都将共享同一个锁，所以出现 lock("myLock") 问题。

 
最佳做法是定义 private 对象来锁定, 或 private static 对象变量来保护所有实例所共有的数据。

在 lock 语句的正文不能使用 等待 关键字。

下例使用线程和 lock。只要 lock 语句存在，语句块就是临界区并且 balance 永远不会是负数。

// using System.Threading;

class Account
{
    private Object thisLock = new Object();
    int balance;

    Random r = new Random();

    public Account(int initial)
    {
        balance = initial;
    }

    int Withdraw(int amount)
    {

        // This condition never is true unless the lock statement
        // is commented out.
        if (balance < 0)
        {
            throw new Exception("Negative Balance");
        }

        // Comment out the next line to see the effect of leaving out
        // the lock keyword.
        lock (thisLock)
        {
            if (balance >= amount)
            {
                Console.WriteLine("Balance before Withdrawal :  " + balance);
                Console.WriteLine("Amount to Withdraw        : -" + amount);
                balance = balance - amount;
                Console.WriteLine("Balance after Withdrawal  :  " + balance);
                return amount;
            }
            else
            {
                return 0; // transaction rejected
            }
        }
    }

    public void DoTransactions()
    {
        for (int i = 0; i < 100; i++)
        {
            Withdraw(r.Next(1, 100));
        }
    }
}

class Test
{
    static void Main()
    {
        Thread[] threads = new Thread[10];
        Account acc = new Account(1000);
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            Thread t = new Thread(new ThreadStart(acc.DoTransactions));
            threads[i] = t;
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            threads[i].Start();
        }
    }
}

为什么要lock，lock了什么？

当我们使用线程的时候，效率最高的方式当然是异步，即各个线程同时运行，其间不相互依赖和等待。
但当不同的线程都需要访问某个资源的时候，就需要同步机制了，也就是说当对同一个资源进行读写的时候，
我们要使该资源在同一时刻只能被一个线程操作，以确保每个操作都是有效即时的，也即保证其操作的原子性。
lock是C#中最常用的同步方式，格式为lock(objectA){codeB} 。

lock(objectA){codeB} 看似简单，实际上有三个意思，这对于适当地使用它至关重要：
1. objectA被lock了吗？没有则由我来lock，否则一直等待，直至objectA被释放。
2. lock以后在执行codeB的期间其他线程不能调用codeB，也不能使用objectA。
3. 执行完codeB之后释放objectA，并且codeB可以被其他线程访问。

二. lock(this)怎么了？

我们看一个例子：
using System;
using System.Threading;

namespace Namespace1
{
    class C1
    {
        private bool deadlocked = true;

        //这个方法用到了lock，我们希望lock的代码在同一时刻只能由一个线程访问
        public void LockMe(object o)
        {
            lock (this)
            {
                while(deadlocked)
                {
                    deadlocked = (bool)o;
                    Console.WriteLine("Foo: I am locked :(");
                    Thread.Sleep(500);
                }
            }
        }

        //所有线程都可以同时访问的方法
        public void DoNotLockMe()
        {
            Console.WriteLine("I am not locked :)");
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            C1 c1 = new C1();

            //在t1线程中调用LockMe，并将deadlock设为true（将出现死锁）
            Thread t1 = new Thread(c1.LockMe);
            t1.Start(true);
            Thread.Sleep(100);

            //在主线程中lock c1
            lock (c1)
            {
                //调用没有被lock的方法
                c1.DoNotLockMe();
                //调用被lock的方法，并试图将deadlock解除
                c1.LockMe(false);
            }
        }
    }

在t1线程中，LockMe调用了lock(this), 也就是Main函数中的c1，这时候在主线程中调用lock(c1)时，必须要等待t1中的lock块执行完毕之后才能访问c1，
即所有c1相关的操作都无法完成，于是我们看到连c1.DoNotLockMe()都没有执行。

把C1的代码稍作改动：
    class C1
    {
        private bool deadlocked = true;
        private object locker = new object();

        //这个方法用到了lock，我们希望lock的代码在同一时刻只能由一个线程访问
        public void LockMe(object o)
        {
            lock (locker)
            {
                while(deadlocked)
                {
                    deadlocked = (bool)o;
                    Console.WriteLine("Foo: I am locked :(");
                    Thread.Sleep(500);
                }
            }
        }

        //所有线程都可以同时访问的方法
        public void DoNotLockMe()
        {
            Console.WriteLine("I am not locked :)");
        }
    }

这次我们使用一个私有成员作为锁定变量(locker)，在LockMe中仅仅锁定这个私有locker，而不是整个对象。
这时候重新运行程序，可以看到虽然t1出现了死锁，DoNotLockMe()仍然可以由主线程访问；
LockMe()依然不能访问，原因是其中锁定的locker还没有被t1释放。

关键点：
1. lock(this)的缺点就是在一个线程（例如本例的t1）通过执行该类的某个使用"lock(this)"的方法(例如本例的LockMe())锁定某对象之后,
导致整个对象无法被其他线程(例如本例的主线程)访问 - 因为很多人在其他线程(例如本例的主线程)中使用该类的时候会使用类似lock(c1)的代码。
2. 锁定的不仅仅是lock段里的代码，锁本身也是线程安全的。
3. 我们应该使用不影响其他操作的私有对象作为locker。
4. 在使用lock的时候，被lock的对象(locker)一定要是引用类型的，如果是值类型，
将导致每次lock的时候都会将该对象装箱为一个新的引用对象(事实上如果使用值类型，C#编译器(3.5.30729.1)在编译时就会给出一个错误)。