C# 多线程系列（六）

同步

　　当多个线程共享一些数据的时候，我们就需要使用同步技术，确保一次只有一个线程访问合改变共享状态。注意，同步问题与争用和死锁有关。

例：

static int idx = 0;
static void Add()
{
    for (int i = 0; i < 50000; i++)
    {
        idx++;
    }
}
static void Main()
{
    const int SIZE = 40;
    Task[] arr = new Task[SIZE];
    while (true)
    {
        for (int i = 0; i < SIZE; i++)
        {
            arr[i] = new Task(Add);
            arr[i].Start();         //启动多个线程
        }

        for (int i = 0; i < SIZE; i++)
        {
            arr[i].Wait();          //等待线程完成
        }

        Console.WriteLine(idx);
        Thread.Sleep(500);
        idx = 0;//  重置数据，再次运行
    }
}

结果：

1717634
1652989
1444839
1272385
1558097
1297459
1968232
2000000

显然，不是我们想要的，我们期望每次运行的结果都是2000000。这是因为idx++不是线程安全的，它的操作包括从内存中获取一个值，给该值递增1，再将它存回内存。这些操作都可能会被线程调度器打断。

这种情况下，我们就需要一些同步方法解决该问题。

• 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。在块的开始处调用 Enter，而在块的结尾处调用 Exit。这样可确保当一个线程位于代码的关键部分时，另一个线程不会进入该关键部分。 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。一个线程，当阻塞的时候，不占用CPU资源。

static object locker = new object();
static void Add()
{
    for (int i = 0; i < 50000; i++)
    {
        lock (locker)
            idx++;
    }
}

• Interlocked类用于使变量的简单语句原子话（最小执行单元，不会被中途打断），提供了以线程安全的方式递增、递减、交换和读取值的方法。

对上例而言，把idx++替换成Interlocked.Increment(ref idx);

•  Monitor类算是实现锁机制的纯正类，lock语句由编译器解析为使用Monitor类。

lock(obj)
{
    //synchronized region for obj
}

相当于

Monitor.Enter(obj);
try
{
    //synchornized region for obj
}
finally
{
    Monitor.Exit(obj)
}

用TryEnter可以添加timeout

object obj = new object();
Task.Run(()=>{
    lock(obj)
    {
        Console.WriteLine("lock obj");
        Thread.Sleep(3000);
    }
});
bool b = Monitor.TryEnter(obj, 2000);
if (b)
{
    try
    {
        Console.WriteLine("monitor enter.");
    }
    finally
    {
        Monitor.Exit(obj);
    }
}
else
{
    Console.WriteLine("monitor enter false.");
}

Console.ReadKey();

另外，Monitor还提供了Wait方法，用于释放对象上的锁并阻止当前线程，直到它重新获取该锁。

提供了Pulse方法用于通知等待队列中的线程锁定对象状态的更改；PulseAll通知所有的等待线程对象状态的更改。

•  SpinLock自旋锁，如果基于对象锁定（Monitor）的系统开销由于垃圾回收而过高，就可以使用SpinLock结构。如果有大量的锁定（例如，列表中的每个节点都有一个锁定），且锁定的时间总是非常短，SpinLock结构就很有用。应避免使用多个SpinLock结构，也不要调用任何可能阻塞的内容。SpinLock 应仅用于您，这样做可以改进应用程序的性能确定后。 还有一点需要注意 SpinLock 是值类型，为了提高性能。 出于此原因，您必须非常小心，以免意外复制 SpinLock 实例，因为两个实例 （原始项和副本） 都将完全相互独立的这可能会导致错误行为的应用程序。 如果 SpinLock 必须围绕传递实例，则应通过引用而不是通过值传递。

  请不要在存储 SpinLock 只读字段中的实例。