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();
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:
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 }
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:
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 }
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。