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【经验总结】C#常用线程同步方法应用场景和实现原理

作者: GUO Xingwang  来源: 博客园  发布时间: 2010-12-26 21:54  阅读: 1521 次  推荐: 0   原文链接   [收藏]  
摘要:我们将要谈到的是C#常用线程同步方法应用场景和实现原理,将列举一些关键字供大家参考。

  简单描述volatile,Interlocked,lock,Mutex,Semaphore,Spin lock,AutoResetEvent,ManualResetEvent,ReaderWriterLockSlim,MethodImplAttribute,WaitHandle常用同步机制的原理和使用场景。

  volatile

  只是C#的一个关键字,告诉编译器不能将声明的这个变量进行CPU内部缓存,只能在主内存中操作,类型有限制,volatile并不能实现真正的同步,因为它的操作级别只停留在变量级别,而不是原子级别。如果是在单处理器系统中,是没有任何问题的,变量在主存中没有机会被其他人修改,因为只有一个处理器,这就叫作processor Self-Consistency。但在多处理器系统中,可能就会有问题。 每个处理器都有自己的data cache,而且被更新的数据也不一定会立即写回到主存。所以可能会造成不同步,但这种情况很难发生,因为cache的读写速度相当快,flush的频率也相当高,只有在压力测试的时候才有可能发生,而且几率非常非常小。本质上说并非绝对的同步方法。

  Interlocked

  对于例如int变量等的原子操作,效率高,可靠性高,一般通过CPU的专用指令实现的锁住内存总线实现的。

  lock

  lock与Monitor本身是一致的,lock是做到了C#的关键字一级,是.net对象自身支持的的一种同步机制,对象中有相关的结构支持这种轻量级的线程同步,实现机制类似于CRITICAL_SECTION,但是CRITICAL_SECTION具有跨进程特性,而lock只能实现同一进程中的线程同步,在C#开发中很常用。

  Mutex

  是WIN32下的突变体内核对象的封装,类似于一间屋子只能进入一个人。是它的一个.net封装,效率比较低,由于突变体是一种windows内核对象,需要开销很大,但是支持跨进程,通过给Mutex命名的方式支持进程间同步,甚至可以跨服务器访问,是一种服务器之间同步的选择。Mutex的拥有者才能释放这个Mutex,其他进程不能释放,可能是考虑到安全问题。Mutex是一种基于线程调度的同步方式,控制的是线程的调度,实现了sleep,如果有信号可以通知内核线程调度程序调度等待线程。

  Semaphore(Binary semaphore)

  基于WIN32的Semaphore,也是一种基于线程调度,基本很类似于Mutex,与Mutex不同之处在于Semaphore允许多人进入同一间屋子,使用count计数来实现,当允许数量为1时叫做Binary semaphore,这时候就是基本和Mutex很类似的,但是没有Mutex拥有者一说,可由任何进程进行资源释放。

  Spin lock

  这是一个内核态概念。spin lock与semaphore的主要区别是spin lock是busy waiting,而semaphore是sleep。对于可以sleep的进程来说,busy waiting当然没有意义,CPU只是在那里空转而已,而且IRQL比较高,适合于等待时间比较短的场景。对于单CPU的系统,busy waiting当然更没意义(没有CPU可以释放锁),所有Spin lock只对多CPU才有意义,因此,只有多CPU的内核态非进程空间,才会用到spin lock。其实也就是类似mutex的作用,串行化对 critical section的访问。但是mutex不能保护中断的打断,也不能在中断处理程序中被调用。而spin lock也一般没有必要用于可以sleep的进程空间。幸好它是内核级的,如果是用户级的会很危险。      AutoResetEvent,ManualResetEvent (Event)

  这两种的实现都是基于WIN32的Event原理,同步事件有两种:AutoResetEvent 和 ManualResetEvent。它们之间唯一的不同在于,无论何时,只要 AutoResetEvent 激活线程,它的状态将自动从终止变为非终止。相反,ManualResetEvent 允许它的终止状态激活任意多个线程,只有当它的 Reset 方法被调用时才还原到非终止状态。

  ReaderWriterLockSlim

  这个也是lock的封装,对资源的访问方式有共享和独占方式,例如我们控制对某个资源读贡献或者写独占,那么这个类可以派上用场。

  SynchronizationAttribute ,MethodImplAttribute

  这两个属于类特性和方法的特性,标识某个类或方法是同步方法,本质上基于lock的实现。

  WaitHandle

  可以通过调用一种等待方法,如 WaitOne、WaitAny 或 WaitAll,让线程等待事件。  System.Threading.WaitHandle.WaitOne 使线程一直等待,直到单个事件变为终止状态;System.Threading.WaitHandle.WaitAny 阻止线程,直到一个或多个指示的事件变为终止状态;System.Threading.WaitHandle.WaitAll 阻止线程,直到所有指示的事件都变为终止状态。当调用事件的 Set 方法时,事件将变为终止状态。WaitOne基于WaitSingleObject,WaitAny 或 WaitAll基于WaitmultipleObject,具体由后面参数来决定。WaitmultipleObject实现要比WaitSingleObject复杂的多,性能也不好,尽量少用。

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