转载：详解lock,monitor,同步事件和等待句柄以及mutex

对于引用类型和非线程安全的资源的同步处理，有四种相关处理：lock关键字，监视器(Monitor), 同步事件和等待句柄， mutex类。 
Lock 关键字
    本人愚钝，在以前编程中遇到lock的问题总是使用lock(this)一锁了之，出问题后翻看MSDN突然发现下面几行字：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。来看看lock(this)的问题:如果有一个类 Class1，该类有一个方法用lock(this)来实现互斥：

public void Method2()
        {
            lock (this)
            {
                System.Windows.Forms.MessageBox.Show("Method2 End");
            }
        } 

    如果在同一个Class1的实例中,该Method2能够互斥的执 行。但是如果是2个Class1的实例分别来执行Method2,是没有互斥效果的。因为这里的lock,只是对当前的实例对象进行了加锁。
    Lock(typeof(MyType)) 锁定住的对象范围更为广泛，由于一个类的所有实例都只有一个类型对象（该对象是typeof的返回结果），锁定它，就锁定了该对象的所有实例，微软现在建 议（原文请参考：http://www.microsoft.com/china/MSDN/library /enterprisedevelopment/softwaredev/SDaskgui06032003.mspx?mfr=true）不要使用 lock(typeof(MyType)),因为锁定类型对象是个很缓慢的过程，并且类中的其他线程、甚至在同一个应用程序域中运行的其他程序都可以访问 该类型对象，因此，它们就有可能代替您锁定类型对象，完全阻止您的执行，从而导致你自己的代码的挂起。
    锁住一个字符串更为神奇，只要字 符串内容相同，就能引起程序挂起。原因是在.NET中，字符串会被暂时存放，如果两个变量的字符串内容相同的话，.NET会把暂存的字符串对象分配给该变 量。所以如果有两个地方都在使用lock(“my lock”)的话，它们实际锁住的是同一个对象。到此，微软给出了个lock的建议用法：锁定一个私有 的static 成员变量。
      .NET在一些集合类中（比如ArrayList,HashTable，Queue，Stack）已经 提供了一个供lock使用的对象SyncRoot，用Reflector工具查看了SyncRoot属性的代码，在Array中，该属性只有一句 话:return this,这样和lock array的当前实例是一样的。ArrayList中的SyncRoot有所不同

 get
    {
        if (this._syncRoot == null)
        {
            Interlocked.CompareExchange(ref this._syncRoot, new object(), null);
        }
        return this._syncRoot; 

  这里要特别注意的是MSDN提到：从头到尾对一个集合进行枚举本质上并不是一个线程安全的过程。即使一个集合已进行同步，其他线程仍可以修改该集合， 这将导致枚举数引发异常。若要在枚举过程中保证线程安全，可以在整个枚举过程中锁定集合：

Queue myCollection = new Queue();
  lock(myCollection.SyncRoot) {
  foreach (Object item in myCollection) {
  // Insert your code here.
  }
 } 

Monitor类
该类功效和 lock类似：

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

    lock关键字比Monitor简洁，其实lock就是对Monitor的Enter和Exit的一个封装。另外 Monitor还有几个常用的方法：TryEnter能够有效的决绝长期死等的问题，如果在一个并发经常发生，而且持续时间长的环境中使用 TryEnter，可以有效防止死锁或者长时间的等待。比如我们可以设置一个等待时间 bool gotLock = Monitor.TryEnter（myobject,1000）,让当前线程在等待1000秒后根据返回的bool值来 决定是否继续下面的操作。Pulse以及PulseAll还有Wait方法是成对使用的，它们能让你更精确的控制线程之间的并发,MSDN关于这3个方法 的解释很含糊，有必要用一个具体的例子来说明一下：

using System.Threading;
public class Program {
   static object ball = new object();
   public static void Main() {
      Thread threadPing = new Thread( ThreadPingProc );
      Thread threadPong = new Thread( ThreadPongProc );
      threadPing.Start(); threadPong.Start();
      }
   static void ThreadPongProc() {
      System.Console.WriteLine("ThreadPong: Hello!");
      lock ( ball )
         for (int i = 0; i < 5; i++){
            System.Console.WriteLine("ThreadPong: Pong ");
            Monitor.Pulse( ball );
            Monitor.Wait( ball );
         }
      System.Console.WriteLine("ThreadPong: Bye!");
   }
   static void ThreadPingProc() {
      System.Console.WriteLine("ThreadPing: Hello!");
      lock ( ball )
         for(int i=0; i< 5; i++){
            System.Console.WriteLine("ThreadPing: Ping ");
            Monitor.Pulse( ball );
            Monitor.Wait( ball );
         }
      System.Console.WriteLine("ThreadPing: Bye!");
   }
}

   其中Interlocked类是 专门为多个线程共享的变量提供原子操作（如果你想锁定的对象是基本数据类型，那么请使用这个类），CompareExchange方法将当前 syncRoot和null做比较，如果相等，就替换成new object()，这样做是为了保证多个线程在使用syncRoot时是线程安全的。集合 类中还有一个方法是和同步相关的：Synchronized，该方法返回一个对应的集合类的wrapper类，该类是线程安全的，因为他的大部分方法都用 lock来进行了同步处理，比如Add方法：

public override void Add(object key, object value)
{
    lock (this._table.SyncRoot)
    {
        this._table.Add(key, value);
    }
} 

　　  执行结果如下(有可能是ThreadPong先执行)：
ThreadPing: Hello!
ThreadPing: Ping
ThreadPong: Hello!
ThreadPong: Pong
ThreadPing: Ping
ThreadPong: Pong
ThreadPing: Ping
ThreadPong: Pong
ThreadPing: Ping
ThreadPong: Pong
ThreadPing: Ping
ThreadPong: Pong
ThreadPing: Bye!
   当 threadPing进程进入ThreadPingProc锁定ball并调用Monitor.Pulse( ball );后，它通知 threadPong从阻塞队列进入准备队列，当threadPing调用Monitor.Wait( ball )阻塞自己后，它放弃了了对ball的 锁定，所以threadPong得以执行。PulseAll与Pulse方法类似，不过它是向所有在阻塞队列中的进程发送通知信号，如果只有一个线程被阻 塞，那么请使用Pulse方法。
同步事件和等待句柄
   同步事件和等待句柄用于解决更复杂的同步情况，比如一个一个大的计算步骤包 含3个步骤result = first term + second term + third term,如果现在想写个多线程程序，同时计算 first term,second term 和third term，等所有3个步骤计算好后再把它们汇总起来，我们就需要使用到同步事件和等待句 柄，同步事件分有两个，分别为AutoResetEvent和ManualResetEvent，这两个类可以用来代表某个线程的运行状态：终止和非终 止，等待句柄用来判断ResetEvent的状态，如果是非终止状态就一直等待，否则放行，让等待句柄下面的代码继续运行。下面的代码示例阐释了如何使用 等待句柄来发送复杂数字计算的不同阶段的完成信号。此计算的格式 为：result = first term + second term + third term

using System;
using System.Threading;
class CalculateTest
{
    static void Main()
    {
        Calculate calc = new Calculate();
        Console.WriteLine("Result = {0}.", 
            calc.Result(234).ToString());
        Console.WriteLine("Result = {0}.", 
            calc.Result(55).ToString());
    }
}
class Calculate
{
    double baseNumber, firstTerm, secondTerm, thirdTerm;
    AutoResetEvent[] autoEvents;
    ManualResetEvent manualEvent;
    // Generate random numbers to simulate the actual calculations.
    Random randomGenerator;
    public Calculate()
    {
        autoEvents = new AutoResetEvent[]
        {
            new AutoResetEvent(false),
            new AutoResetEvent(false),
            new AutoResetEvent(false)
        };
        manualEvent = new ManualResetEvent(false);
    }
    void CalculateBase(object stateInfo)
    {
        baseNumber = randomGenerator.NextDouble();

        // Signal that baseNumber is ready.
        manualEvent.Set();
    }
    // The following CalculateX methods all perform the same
    // series of steps as commented in CalculateFirstTerm.
 void CalculateFirstTerm(object stateInfo)
    {
        // Perform a precalculation.
        double preCalc = randomGenerator.NextDouble();
        // Wait for baseNumber to be calculated.
        manualEvent.WaitOne();
        // Calculate the first term from preCalc and baseNumber.
        firstTerm = preCalc * baseNumber * 
            randomGenerator.NextDouble();
        // Signal that the calculation is finished.
        autoEvents[0].Set();
    }
    void CalculateSecondTerm(object stateInfo)
    {
        double preCalc = randomGenerator.NextDouble();
        manualEvent.WaitOne();
        secondTerm = preCalc * baseNumber * 
            randomGenerator.NextDouble();
        autoEvents[1].Set();
    }
    void CalculateThirdTerm(object stateInfo)
    {
        double preCalc = randomGenerator.NextDouble();
        manualEvent.WaitOne();
        thirdTerm = preCalc * baseNumber * 
            randomGenerator.NextDouble();
        autoEvents[2].Set();
    }
    public double Result(int seed)
    {
        randomGenerator = new Random(seed);

        // Simultaneously calculate the terms.
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(
            new WaitCallback(CalculateBase));
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(
            new WaitCallback(CalculateFirstTerm));
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(
            new WaitCallback(CalculateSecondTerm));
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(
            new WaitCallback(CalculateThirdTerm));
        // Wait for all of the terms to be calculated.
        WaitHandle.WaitAll(autoEvents);
        // Reset the wait handle for the next calculation.
        manualEvent.Reset();
        return firstTerm + secondTerm + thirdTerm;
    }
} 

   该示例一共有4个ResetEvent，一个ManualEvent，三个 AutoResetEvent,分别反映4个线程的运行状态。ManualEvent和AutoResetEvent有一点不 同：AutoResetEvent是在当前线程调用set方法激活某线程之后，AutoResetEvent状态自动重置，而ManualEvent则需 要手动调用Reset方法来重置状态。接着来看看上面那段代码的执行顺序，Main方法首先调用的是Result 方法，Result方法开启4个线程分 别去执行，主线程阻塞在WaitHandle.WaitAll(autoEvents)处，等待3个计算步骤的完成。4个ResetEvent初始化状态 都是非终止(构造实例时传入了false)，CalculateBase首先执行完毕，其他3个线程阻塞在manualEvent.WaitOne() 处，等待CalculateBase执行完成。CalculateBase生成baseNumber后，把代表自己的ManualEvent状态设置为终 止状态。其他几个线程从manualEvent.WaitOne()处恢复执行，在执行完自己的代码后把自己对应的AutoResetEvent状态置为 终止。当3个计算步骤执行完后，主线程从阻塞中恢复，把三个计算结果累加后返回。还要多补充一点的是WaitHandle的 WaitOne,WaitAll,WaitAny方法，如果等待多个进程就用WaitAll,如本例中 的：WaitHandle.WaitAll(autoEvents)，WaitAny是等待的线程中有一个结束则停止等待。
Mutex 对象

    Mutex 与Monitor类似，这里不再累赘，需要注意的是Mutex分两种：一种是本地Mutex一种是系统级Mutex，系统级Mutex可以用来进行跨进程 间的线程的同步。尽管 mutex 可以用于进程内的线程同步，但是使用 Monitor 通常更为可取，因为监视器是专门 为 .NET Framework 而设计的，因而它可以更好地利用资源。相比之下，Mutex 类是 Win32 构造的包装。尽管 mutex 比监 视器更为强大，但是相对于 Monitor 类，它所需要的互操作转换更消耗计算资源。

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