C#深入学习笔记Lock

 

1.1    定义:

1.1.1   临界区（Critical Section）

　　临界区是一段在同一时候只被一个线程进入/执行的代码块。 

  

1.1.2   lock 关键字

将语句块标记为临界区，方法是获取给定对象的互斥锁，执行语句，然后释放该锁。此语句的形式如下：

Object thisLock = new Object();

lock (thisLock)

{

    // Critical code section

}

lock 确保当一个线程位于代码的临界区时，另一个线程不进入临界区。如果其他线程试图进入锁定的代码，则它将一直等待（即被阻止），直到该对象被释放。

1.2    Lock用法实例

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;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace TestLock
{
    /// <summary>
    /// 
    /// </summary>
    public class Account
    {
        private static readonly Object thisLock = new Object();
        int balance;

        Random r = new Random();

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

        /// <summary>
        /// 
        /// </summary>
        /// <param name="amount"></param>
        /// <returns></returns>
        int Withdraw(int amount)
        {
            // This condition will never be 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("----------------------------:" + System.Threading.Thread.CurrentThread.Name + "---------------");

                    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));
            }
        }

    }
}

执行结果如下图所示:

 

1.3    Lock的使用准则

lock 调用块开始位置的 Enter 和块结束位置的 Exit。

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 static 对象变量来保护所有实例所共有的数据。

针对上述三点原则我们用具体的代码来加深理解

1.3.1   为什么不要Lock值类型

为什么不能lock值类型，比如lock(1)呢？让我们对上面的实例代码进行修改,将lock(thisLock)改为Lock(1),编译器时会出现int不是Lock语句要求的引用对象

 

lock本质上Monitor.Enter，Monitor.Enter会使值类型装箱，每次lock的是装箱后的对象。lock其实是类似编译器的语法糖，因此编译器直接限制住不能lock值类型。

 

1.3.2  锁定lock((object)1)可以吗?

我们还是使用上面的实例代码来进行验证,经lock(thisLock)改为Lock((object)1),这个时候编译倒是没什么问题了,但是运行结果中会出现balance < 0,最后抛出异常.如下图所示:

 

说明代码块并没有锁.究其原因是因为Lock(对象)中,对象为引用类型,其是通过判断object.ReferenceEquals((object)1, (object)1)始终返回false（因为每次装箱后都是不同对象）,也就是说每次都会判断成未申请互斥锁，这样在同一时间，别的线程照样能够访问里面的代码，达不到同步的效果。

 

1.3.3  为什么不要Lock(this)?

我们先来看如下一段代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace TestLock
{
    public class TestLockThis
    {
        private bool deadlocked = true;
        private static readonly object lockobject = 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 LockMethod(object o)
        {
            //lock (this)
            lock (lockobject)
            {
                while (deadlocked)
                {
                    deadlocked = (bool)o;
                    Console.WriteLine("I am locked ");
                    Thread.Sleep(500);
                }
            }
        }

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

    }
}
        static void Main(string[] args)
        {
            TestLockThis TestLockThis = new TestLockThis();

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

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

            Console.Read();
        }

执行结果为：

 

在t1线程中，LockMethod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(TestLockThis)时，因为TestLockThis已经被锁定，所以必须要等待t1中的lock块执行完毕之后才能访问锁定的代码，即lock块中的所有操作都无法完成，于是我们看到连TestLockThis.NotLockMethod()都没有执行。

 

1.4    Lock为什么不要Lock(null对象)

以上面实例代码为例，将lock(thisLock)改为Lock(null),会抛出异常

事实上，lock 关键字就是用Monitor 类来实现的。例如：

lock(x)
{
  DoSomething();
}

这等效于：

System.Object obj = (System.Object)x;
System.Threading.Monitor.Enter(obj);
try
{
  DoSomething();
}
finally
{
  System.Threading.Monitor.Exit(obj);
}

使用 lock 关键字通常比直接使用 Monitor 类更可取，一方面是因为 lock 更简洁，另一方面是因为 lock 确保了即使受保护的代码引发异常，也可以释放监视器。这是通过 finally 关键字来实现的，无论是否引发异常它都执行关联的代码块。

　　这里微软已经说得很清楚了，Lock就是用Monitor实现的，两者都是C#中对临界区功能的实现。用ILDASM打开含有以下代码的exe 或者dll也可以证实这一点（我并没有自己证实）：

lock (lockobject)
{
  int i = 5;
}

反编译后的的IL代码为：

IL_0045:  call       void [mscorlib]System.Threading.Monitor::Enter(object) 
IL_004a:  nop 
.try 
{ 
  IL_004b:  nop 
  IL_004c:  ldc.i4.5 
  IL_004d:  stloc.1 
  IL_004e:  nop 
  IL_004f:  leave.s    IL_0059 
}  // end .try 
finally 
{ 
  IL_0051:  ldloc.3 
  IL_0052:  call       void [mscorlib]System.Threading.Monitor::Exit(object) 
  IL_0057:  nop 
  IL_0058:  endfinally 
}  // end handler

 

而对于Monitor，发现它的静态方法Enter(object obj)有一个异常类型ArgumentNullException，

执行lock(null对象 )处，抛出未处理的异常：System.ArgumentNullException: 值不能为空！

 

1.5    Lock 对象为什么推荐为只读静态对象

在代码段中修改锁定对象，会出现 blance<0的情况，并会抛出异常

 

private static readonly object obj = new object();

为什么要设置成只读的呢？这是因为如果在lock代码段中改变obj的值，其它线程就畅通无阻了，因为互斥锁的对象变了，object.ReferenceEquals必然返回false。