C#中lock 和 ReaderWriterLock 的使用总结

线程锁是多线程并发共享数据，保证一致性的工具。多线程可以同时运行多个任务但是当多个线程同时访问共享数据时，可能导致数据不同步。当有多个线程访问同一对象的加锁方法或代码块时，同一时间只有一个线程在执行，其余线程必须要等待当前线程执行完之后才能执行该代码段。但其余线程是可以访问该对象中的非加锁代码块的。以下介绍.NET(C#)中 lock 和 ReaderWriterLock 的使用。

 

1、lock 和 ReaderWriterLock

lock 语句获取给定对象的互斥 lock，执行语句块，然后释放 lock。 持有 lock 时，持有 lock 的线程可以再次获取并释放 lock。 阻止任何其他线程获取 lock 并等待释放 lock。ReaderWriterLock支持单个写线程和多个读线程的锁。.NET Framework 有两个读取器-编写器锁， ReaderWriterLockSlim 和 ReaderWriterLock 。 建议对所有新开发的项目使用 ReaderWriterLockSlim。 虽然 ReaderWriterLockSlim 类似于 ReaderWriterLock，但不同之处在于，前者简化了递归规则以及锁状态的升级和降级规则。 ReaderWriterLockSlim 避免了许多潜在的死锁情况。 另外，ReaderWriterLockSlim 的性能显著优于 ReaderWriterLock。ReaderWriterLock长时间持有读取器锁或写入器锁将枯竭其他线程。 为了获得最佳性能，请考虑重构应用程序以最大程度地缩短写入的持续时间。

lock的使用语法：

lock (x)
{// 加锁代码
}

 lock是语法糖，代码相当于：

object __lockObj = x;
bool __lockWasTaken = false;
try
{System.Threading.Monitor.Enter(__lockObj, ref __lockWasTaken);// 加锁代码
}
finally
{if (__lockWasTaken) System.Threading.Monitor.Exit(__lockObj);
}

 

注意：无论lock锁定的是this,还是obj，只要关心多线程锁定的对象是不是为同一个对象。当同步对共享资源的线程访问时，最好使用锁定专用对象实例(例如，private readonly object balanceLock = new object();),避免对不同的共享资源使用相同的 lock 对象实例，因为这可能导致死锁或锁争用。最好避免使用this、Type 实例、字符串实例作为lock锁定的对象。

2、lock的使用

lock为互斥锁，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。当任何一个线程获取到锁后，其他线程如果需要使用该临界区内代码，则必须等待前一个线程使用完毕后释放锁。

例如，

using System;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{class Program{static void Main(){var account = new Account(1000);var tasks = new Task[100];for (int i = 0; i < tasks.Length; i++){tasks[i] = Task.Run(() => Update(account));}Task.WhenAll(tasks).Wait();Console.WriteLine($"Account balance : {account.GetBalance()}");Console.ReadKey();}static void Update(Account account){decimal[] amounts = { 0, 2, -3, 6, -2, -1, 8, -5, 11, -6 };foreach (var amount in amounts){if (amount >= 0){account.Credit(amount);}else{account.Debit(Math.Abs(amount));}}}}public class Account{private readonly object balanceLock = new object();private decimal balance;public Account(decimal initialBalance) => balance = initialBalance;public decimal Debit(decimal amount){if (amount < 0){throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(amount), "The debit amount cannot be negative.");}decimal appliedAmount = 0;lock (balanceLock){if (balance >= amount){balance -= amount;appliedAmount = amount;}}return appliedAmount;}public void Credit(decimal amount){if (amount < 0){throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(amount), "The credit amount cannot be negative.");}lock (balanceLock){balance += amount;}}public decimal GetBalance(){lock (balanceLock){return balance;}}}
}

 

3、ReaderWriterLock的使用

ReaderWriterLock为读写锁，ReaderWriterLock 定义支持单个写线程和多个读线程的锁。该锁主要是解决并发读的性能问题，使用该锁可以大大提高数据并发访问的性能，只有在写时，才会阻塞所有的读锁。建议对所有新开发的项目使用 ReaderWriterLockSlim。 虽然 ReaderWriterLockSlim 类似于 ReaderWriterLock，但不同之处在于，前者简化了递归规则以及锁状态的升级和降级规则。 ReaderWriterLockSlim 避免了许多潜在的死锁情况。 另外，ReaderWriterLockSlim 的性能显著优于 ReaderWriterLock。

例如，

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication
{class Program{static ReaderWriterLock rwl = new ReaderWriterLock();// 定义ReaderWriterLock对象。static int resource = 0;const int numThreads = 8;static bool running = true;static int readerTimeouts = 0;static int writerTimeouts = 0;static int reads = 0;static int writes = 0;public static void Main(){// 启动多个线程，对共享资源进行随机读写。Thread[] t = new Thread[numThreads];for (int i = 0; i < numThreads; i++){t[i] = new Thread(new ThreadStart(ThreadProc));t[i].Name = new String(Convert.ToChar(i + 65), 1);t[i].Start();if (i > 10)Thread.Sleep(300);}// 等待它们全部完成。running = false;for (int i = 0; i < numThreads; i++)t[i].Join();Console.WriteLine("\nread：{0} , write：{1} , reader time-out：{2}, writer time-out：{3}",reads, writes, readerTimeouts, writerTimeouts);Console.Write("Press ENTER to exit... ");Console.ReadLine();}static void ThreadProc(){Random rnd = new Random();//随机选择线程对共享资源进行读写的方式。while (running){double action = rnd.NextDouble();if (action < .8)ReadFromResource(10);else if (action < .81)ReleaseRestore(rnd, 50);else if (action < .90)UpgradeDowngrade(rnd, 100);elseWriteToResource(rnd, 100);}}// 请求和释放读取锁，并处理超时。static void ReadFromResource(int timeOut){try{rwl.AcquireReaderLock(timeOut);try{// 这个线程从共享资源读取是安全的。Display("reads resource value ：" + resource);Interlocked.Increment(ref reads);}finally{// 确保锁已释放。rwl.ReleaseReaderLock();}}catch (ApplicationException){// 读取锁定请求超时处理Interlocked.Increment(ref readerTimeouts);}}// 请求和释放写入锁，并处理超时static void WriteToResource(Random rnd, int timeOut){try{rwl.AcquireWriterLock(timeOut);try{// 这个线程从共享资源访问是安全的resource = rnd.Next(500);Display("writes resource value " + resource);Interlocked.Increment(ref writes);}finally{// 确保锁已释放rwl.ReleaseWriterLock();}}catch (ApplicationException){// 写锁请求超时处理Interlocked.Increment(ref writerTimeouts);}}// 请求读取锁，将读取锁升级为写入锁，然后再次将其降级为读取锁。static void UpgradeDowngrade(Random rnd, int timeOut){try{rwl.AcquireReaderLock(timeOut);try{// 这个线程从共享资源读取是安全的Display("reads resource value " + resource);Interlocked.Increment(ref reads);//要写资源，要么释放读锁，要么请求写锁，或升级读锁升级//读取锁将线程放入写队列中，在any后面可能正在等待写入锁的其他线程。try{LockCookie lc = rwl.UpgradeToWriterLock(timeOut);try{//对这个线程来说，从共享资源读写是安全的。resource = rnd.Next(500);Display("writes resource value " + resource);Interlocked.Increment(ref writes);}finally{// 确保锁已释放。rwl.DowngradeFromWriterLock(ref lc);}}catch (ApplicationException){// 事件解释升级请求超时。Interlocked.Increment(ref writerTimeouts);}// 如果锁被降级，从资源中读取仍然是安全的。Display("reads resource value: " + resource);Interlocked.Increment(ref reads);}finally{// 确保锁已释放rwl.ReleaseReaderLock();}}catch (ApplicationException){// 读取锁定请求超时处理步骤Interlocked.Increment(ref readerTimeouts);}}//释放所有锁，之后恢复锁状态。//使用序列号来确定另一个线程是否有//获得了一个写锁，因为该线程最后一次访问资源。static void ReleaseRestore(Random rnd, int timeOut){int lastWriter;try{rwl.AcquireReaderLock(timeOut);try{//线程从共享资源中读取数据是安全的，//读取和缓存资源的值。int resourceValue = resource;     // 缓存资源值。Display("reads resource value " + resourceValue);Interlocked.Increment(ref reads);// 保存当前写入器序列号。lastWriter = rwl.WriterSeqNum;// 释放锁并保存一个cookie，以便稍后可以恢复锁。LockCookie lc = rwl.ReleaseLock();// 等待一个随机的时间间隔，然后恢复之前的锁状态。Thread.Sleep(rnd.Next(250));rwl.RestoreLock(ref lc);//检查其他线程是否在这个时间间隔内获得写锁。//如果不是，则资源的缓存值仍然有效。if (rwl.AnyWritersSince(lastWriter)){resourceValue = resource;Interlocked.Increment(ref reads);Display("resource has changed: " + resourceValue);}else{Display("resource has not changed: " + resourceValue);}}finally{// 确保锁已释放。rwl.ReleaseReaderLock();}}catch (ApplicationException){// 读取锁定请求超时处理Interlocked.Increment(ref readerTimeouts);}}static void Display(string msg){Console.Write("Thread {0} {1}.       \r", Thread.CurrentThread.Name, msg);}}
}