NET多线程同步方法详解(一)：自由锁(InterLocked)

 本文主要描述在C#中线程同步的方法。线程的基本概念网上资料也很多就不再赘述了。直接接入主题，在多线程开发的应用中，线程同步是不可避免的。在.Net框架中，实现线程同步主要通过以下的几种方式来实现，在MSDN的线程指南中已经讲了几种，本文结合作者实际中用到的方式一起说明一下。 

1. 维护自由锁(InterLocked)实现同步 
2. 监视器（Monitor）和互斥锁（lock） 
3. 读写锁（ReadWriteLock) 
4. 系统内核对象 
1) 互斥(Mutex), 信号量(Semaphore), 事件(AutoResetEvent/ManualResetEvent) 
2) 线程池 

   除了以上的这些对象之外实现线程同步的还可以使用Thread.Join方法。这种方法比较简单，当你在第一个线程运行时想等待第二个线程执行结果，那么你可以让第二个线程Join进来就可以了。 

自由锁(InterLocked) 

    对一个32位的整型数进行递增和递减操作来实现锁，有人会问为什么不用++或--来操作。因为在多线程中对锁进行操作必须是原子的，而++和--不具备这个能力。InterLocked类还提供了两个另外的函数Exchange, CompareExchange用于实现交换和比较交换。Exchange操作会将新值设置到变量中并返回变量的原来值: int oVal = InterLocked.Exchange(ref val, 1)。 

监视器(Monitor) 

    在MSDN中对Monitor的描述是: Monitor 类通过向单个线程授予对象锁来控制对对象的访问。 

    Monitor类是一个静态类因此你不能通过实例化来得到类的对象。Monitor的成员可以查看MSDN，基本上Monitor的效果和lock是一样的，通过加锁操作Enter设置临界区，完成操作后使用Exit操作来释放对象锁。不过相对来说Monitor的功能更强，Moniter可以进行测试锁的状态，因此你可以控制对临界区的访问选择，等待or离开, 而且Monitor还可以在释放锁之前通知指定的对象，更重要的是使用Monitor可以跨越方法来操作。Monitor提供的方法很少就只有获取锁的方法Enter, TryEnter；释放锁的方法Wait, Exit；还有消息通知方法Pulse, PulseAll。经典的Monitor操作是这样的：
 

        // 通监视器来创建临界区 
        static public void DelUser(string name)
        {
            try
            {
                // 等待线程进入 
                Monitor.Enter(Names);
                Names.Remove(name);
                Console.WriteLine("Del: {0}", Names.Count);
                Monitor.Pulse(Names);
            }
            finally
            {
                // 释放对象锁 
                Monitor.Exit(Names);
            }
        } 
    }

   其中Names是一个List<string>, 这里有一个小技巧，如果你想声明整个方法为线程同步可以使用方法属性：

 

        // 通过属性设置整个方法为临界区 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)] 
        static public void AddUser(string name) 
        { 
            Names.Add(name); 
            Console.WriteLine("Add: {0}",Names.Count); 
        }

    对于Monitor的使用有一个方法是比较诡异的，那就是Wait方法。在MSDN中对Wait的描述是: 释放对象上的锁以便允许其他线程锁定和访问该对象。 

    这里提到的是先释放锁，那么显然我们需要先得到锁，否则调用Wait会出现异常，所以我们必须在Wait前面调用Enter方法或其他获取锁的方法，如lock，这点很重要。对应Enter方法，Monitor给出来另一种实现TryEnter。这两种方法的主要区别在于是否阻塞当前线程，Enter方法在获取不到锁时，会阻塞当前线程直到得到锁。不过缺点是如果永远得不到锁那么程序就会进入死锁状态。我们可以采用Wait来解决，在调用Wait时加入超时时限就可以。

            if (Monitor.TryEnter(Names))
            {
                Monitor.Wait(Names, 1000); // !! 
                Names.Remove(name); 
                Console.WriteLine("Del: {0}", Names.Count);
                Monitor.Pulse(Names); 
            }