第十一节:深究用户模式锁的使用场景(异变结构、互锁、旋转锁)

一. 锁机制的背景介绍

  本章节,将结合多线程来介绍锁机制, 那么问题来了,什么是锁呢? 为什么需要锁? 为什么要结合多线程来介绍锁呢?锁的使用场景又是什么呢? DotNet中又有哪些锁呢?

  在接下来的几个章节中,将陆续解答这些问题。

PS:

  多个线程对一个共享资源进行使用的时候,会出问题, 比如实际的业务场景,入库和出库操作同时进行,库存量就会存在并发问题。所以锁就是用来解决多线程资源竞用的问题。

  Net领域中,锁机制非常多,比如:时间锁、信号量、互斥锁、读写锁、互锁、异变结构,主要我们可以把他们划分为三大类:

    ①.用户模式锁:就是通过一些cpu指令或者一个死循环,来达到达到线程的等待和休眠。
    ②.内核模式锁:就是调用win32底层的代码,来实现thread的各种操作。
    ③.混合锁:用户模式+内核模式

  其中用户模式锁又分为这么几类:异变结构、互锁和旋转锁。

二. 异变结构

背景:一个线程读,一个线程写,在release模式下会出现bug,导致主线程无法执行,原因在前面章节已经介绍过了。

  方式一:利用MemoryBarrier方法进行处理 。(前面章节已介绍)

  方式二:利用VolatileRead/Write方法进行处理。 (前面章节已介绍)

  方式三:volatile关键字进行处理,我的read和write都是从memrory中读取,读取的都是最新的。(下面的案例使用volatile关键字后,主线程可以执行)

 代码实践:

 

 1             public static volatile bool isStop = false;2                 //使用Volatile关键字处理        3                 var t = new Thread(() =>4                 {5                     var isSuccess = false;6                     while (!isStop)7                     {8                         isSuccess = !isSuccess;9                     }
10                 });
11                 t.Start();
12                 Thread.Sleep(1000);
13                 isStop = true;
14                 t.Join();
15                 Console.WriteLine("主线程执行结束!");
16                 Console.ReadLine();

复制代码

代码结论:使用volatile关键字进行修饰,解决共享资源的竞用问题。

三. 互锁

  互锁结构(Interlocked类),常用的方法有:

    * Increment:自增操作

    * Decrement:自减操作

    * Add: 增加指定的值

    * Exchange: 赋值

    * CompareExchange: 比较赋值

 代码实践:

复制代码

 1             {2                 //1. 自增3                 {4                     int a = 1;5                     Interlocked.Increment(ref a);6                     Console.WriteLine("自增后的数据为:{0}", a);7                 }8                 //2. 自减9                 {
10                     int b = 2;
11                     Interlocked.Decrement(ref b);
12                     Console.WriteLine("自减后的数据为:{0}", b);
13                 }
14                 //3. 增加操作
15                 {
16                     int c = 3;
17                     Interlocked.Add(ref c, 4);
18                     Console.WriteLine("增加后的数据为:{0}", c);
19 
20                 }
21                 //4. 赋值操作
22                 {
23                     int d = 4;
24                     Interlocked.Exchange(ref d, 55);
25                     Console.WriteLine("赋值后的数据为:{0}", d);
26 
27                 }
28                 //5. 比较赋值
29                 {
30                     //Interlocked.CompareExchange(ref num1, sum, num2);  // num1==num2 ; num1=sum;
31                     int ee = 5;
32                     Interlocked.CompareExchange(ref ee, 15, 5);
33                     Console.WriteLine("比较赋值后的数据为:{0}", ee);
34 
35                     Interlocked.CompareExchange(ref ee, 100, 15);
36                     Console.WriteLine("比较赋值后的数据为:{0}", ee);
37 
38                 }
39 
40             }

复制代码

代码结果:

 

四. 旋转锁

  旋转锁(SpinLock), 特殊的业务逻辑让thread在用户模式下进行自选,欺骗cpu当前thread正在运行中。

   SpinLock类有两个核心方法,分别是:Enter和Exit方法。

 代码实践:

复制代码

 1             {2                 //下面代码的结果:num从0-249,且是有序的。3                 //如果把旋转锁去掉,num将没有任何顺序4                 for (int i = 0; i < 5; i++)5                 {6                     Task.Factory.StartNew(() =>7                     {8                         for (int j = 0; j < 50; j++)9                         {
10                             try
11                             {
12                                 var b = false;
13                                 sl.Enter(ref b);
14                                 Console.WriteLine(num++);
15                             }
16                             catch (Exception ex)
17                             {
18                                 Console.WriteLine(ex.Message);
19                             }
20                             finally
21                             {
22                                 sl.Exit();
23                             }
24                         }
25                     });
26                 }
27             }

复制代码

代码结果:下面代码的结果:num从0-249,且是有序的;如果将旋转锁的代码去掉,num的输出将没有任何顺序可言。

 

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