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互斥体与互锁 <第五篇>

互斥体实现了“互相排斥”(mutual exclusion)同步的简单形式(所以名为互斥体(mutex))。互斥体禁止多个线程同时进入受保护的代码“临界区”。因此,在任意时刻,只有一个线程被允许进入这样的代码保护区。

  任何线程在进入临界区之前,必须获取(acquire)与此区域相关联的互斥体的所有权。如果已有另一线程拥有了临界区的互斥体,其他线程就不能再进入其中。这些线程必须等待,直到当前的属主线程释放(release)该互斥体。什么时候需要使用互斥体呢?互斥体用于保护共享的易变代码,也就是,全局或静态数据。这样的数据必须通过互斥体进行保护,以防止它们在多个线程同时访问时损坏。

1、Mutex

  Mutex是一个同步基元,它与前面提到的锁最大的区别在于它支持进程间同步。

  Mutex允许同一个线程多次重复访问共享区,但是对于别的线程那就必须等待,它甚至支持不同进程中的线程同步,这点更能体现他的优势,但是劣势也是显而易见的,那就是巨大的性能损耗和容易产生死锁的困扰,所以除非需要在特殊场合,否则 我们尽量少用为妙,这里并非是将Mutex的缺点说的很严重,而是建议大家在适当的场合使用更为适合的同步方式,Mutex 就好比一个重量型的工具,利用它则必须付出性能的代价。

  1、Mutex线程同步

  Mutex实现线程同步主要依靠以下两个方法实现:

  • WaitOne 阻止当前线程,直到当前 WaitHandle 收到信号。
  • ReleaseMutex 释放 Mutex 一次。
    class Program    {        static void Main(string[] args)        {            for (int i = 0; i < 10; i++)            {                ThreadPool.QueueUserWorkItem(Run);            }            Console.Read();        }        static int count = 0;        static Mutex mutex = new Mutex();        static void Run(object obj)        {            //阻止当前线程            mutex.WaitOne();            Console.WriteLine("当前数字:{0}", ++count);            //释放 Mutex            mutex.ReleaseMutex();        }    }

  输出:

  

  Mutex和Monitor的区别:

  1. Monitor不是waitHandle的子类,它具有等待和就绪队列的实际应用;
  2. Monitor无法跨进程中实现线程同步,但是Mutex可以;
  3. 相对而言两者有明显的性能差距,mutex相对性能较弱但是功能更为强大,monitor则性能比较好;
  4. 两者都是用锁的概念来实现同步不同的是monitor一般在方法(函数)调用方加锁;mutex一般在方法(函数)内部加锁,即锁定被调用端;

  2、进程间同步

  当给Mutex取名的时候能够实现进程同步,不取名实现线程同步。

  Mutex有两种类型:未命名的局部mutex和已命名的系统mutex。

  • 本地mutex仅存在与进程当中,进程内可见;
  • 已命名的系统mutex在整个操作系统中可见,可用于同步进程活动;
    class Program    {        static void Main(string[] args)        {            //使用线程输出等待状态            Thread t1 = new Thread(ShowMyWord);            t1.Start();            Run(t1);            Console.Read();        }        static int count = 0;        static Mutex mutex = new Mutex(false, "xxoo");     static void Run(Thread t1)        {            //这个WaitOne方法要么返回true,要么一直不返回(不会返回false),所以没办法用if来判断            //于是,用个线程输出等待状态            mutex.WaitOne();            Console.WriteLine("终于轮到老子了!  " + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString());            //停止线程t1,不要再输出等待状态            t1.Abort();            //模拟干活十秒            Thread.Sleep(10000);            Console.WriteLine("干完!  " + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString());            //释放 Mutex            mutex.ReleaseMutex();        }        static void ShowMyWord(object obj)        {            for (int i = 0; i < 10; i++)            {                Thread.Sleep(2000);                Console.WriteLine("我的心在等待,一直在等待!   " + DateTime.Now.TimeOfDay.ToString());            }        }    }

  以上代码,将生成的.exe文件复制两份:

  

  快速运行两个输出如下:

  

二、Interlocked

   实际引用中,可能我们对共享变量的使用并不十分复杂,可能只是一些简单的操作如:自增、自减、求和、赋值、比较等。

   MSDN中的解析Interlocked为多个线程共享的变量提供原子操作。

  常用操作如下:

方法说明
Add相加
CompareExchange比较
Increment递增
Decrement递减
Exchange赋值

   示例:

   class Program    {        static void Main(string[] args)        {            for (int i = 0; i < 20; i++)            {                Thread t = new Thread(Run);                t.Start();            }            Console.Read();        }        static int Incre = 0;        static int Add = 0;        static int Exchange = 0;        static int Decre = 21;        static int CompareExchange = 0;        static Mutex mutex = new Mutex();        static void Run()        {            //自增操作            //Console.WriteLine("当前数字:{0}", Interlocked.Increment(ref Incre));            //递减操作            //Console.WriteLine("当前数字:{0}", Interlocked.Decrement(ref Decre));            //相加            //Console.WriteLine("当前数字:{0}", Interlocked.Add(ref Add,10));            //赋值            //Console.WriteLine("当前数字:{0}", Interlocked.Exchange(ref Exchange, 5));            //比较,如果第三个参数等于CompareExchange,则将第二个参数的值,赋给第一个参数            Console.WriteLine("当前数字:{0}", Interlocked.CompareExchange(ref CompareExchange, 15,0));                    }    }

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