【Windows】線程漫談——.NET線程同步之Interlocked和ReadWrite鎖

摘要: 本系列意在記錄Windwos線程的相關知識點，包括線程基礎、線程調度、線程同步、TLS、線程池等。

這篇來說說靜態Interlocked類和ReadWrite鎖

.NET中的Interlocked

Interlocked的系列方法提供了對簡單類型的原子操作（不會被打斷的操作），因此這也是一種多線程共用變數，防止衝突爭用的方法。

比如下面的方法作用是以原子的方式遞增整數i：

int i = 0 ;Interlocked.Increment( ref i);

除此之外還包括Add、Exchange、CompareExchange、Decrement、Read和其中的某些泛型版本。如果看官使用過windows API內建的Interlock系列函數，可能已經發現了：這裡的Interlocked類應該只是封裝了windows API的調用。在【Windows】線程漫談——線程同步之原子訪問中詳細闡述了Interlocked系列函數的存在意義和使用方法，作為對比下面列出.NET版本和windows API版本：

.NET	API	說明
Interlocked.Add	InterlockedExchangeAdd	對某個變數做加法
Interlocked.Increment	InterLockedIncrement	遞增變數
Interlocked.Decrement	InterLockedDecrement	遞減變數
Interlocked.Exchange	InterlockedExchange	對變數賦值
Interlocked.CompareExchange	InterlockedCompareExchange	對變數比較後賦值（參數1與參數3比較，如果相同，把參數2賦值給參數1）

此外，Windows API還提供InitializeSListHead/InterlockedPushEntrySList/InterlockedPopEntrySList/InterlockedFlushSList/QueryDepthSList來構建單鏈表棧，參見：《Windows核心編程》---Interlocked原子訪問系列函數

對於Interlocked.CompareExchange，之前在園子裡看到一篇關於單例的文章：著名的雙檢鎖技術。文章大意是由於對象在通過new關鍵字建立時，可能會先將引用賦值給目標變數，再調用構造器，因此，在單例模式中的“雙檢測技術”可能會有隱含的bug。最後作者提出替代方案使用了Interlocked.CompareExchange，這裡照搬過來了：

internal sealed class MySingleton{    private static MySingleton s_value = null;    public static MySingleton GetMySingleton()    {        if (s_value != null) return s_value;         MySingleton temp = new MySingleton();        Interlocked.CompareExchange(ref s_value, temp, null);        return s_value;    }}

 

.NET中的ReaderWriterLock

有時對於共用資源應當區分讀和寫，因為讀的時候往往是允許多線程同時讀的，因為這不會造成混亂；而只有在需要寫的時候才不允許其他線程讀或者寫。.NET的ReaderWriterLock和ReaderWriterLockSlim為我們提供了區分讀和寫的鎖。這種方式在有些情況下通常比Monitor更高效。在MSDN中推薦使用的是ReaderWriterLockSlim類，其解釋是ReaderWriterLockSlim用一種簡單的規則處理遞迴調用以及更好的支援鎖定擴大機制，而且能更好的避免死結的發生，最後它比ReaderWriterLock更高效。由於兩者十分相似，所以這裡就對ReaderWriterLockSlim作個簡單的討論。

首先，應當盡量避免在同一個線程中多次對請求一個鎖，典型的情況就是遞迴的調用，因為這往往容易死結。因此，ReaderWriterLockSlim的預設無參建構函式是不允許遞迴的，當然你也可以設定允許遞迴：

public ReaderWriterLockSlim(LockRecursionPolicy recursionPolicy)

對於ReaderWriterLockSlim鎖，一個線程試圖擷取鎖的時候分三種模式：

• Read Mode：讀模式，表示線程試圖對共用資源進行讀操作，而不會寫。ReaderWriterLockSlim.EnterReadLock\ReaderWriterLockSlim.TryEnterReadLock
• Write Mode：寫入模式，表示線程試圖對共用資源進行寫操作。ReaderWriterLockSlim.EnterWriteLock\ReaderWriterLockSlim.TryEnterWriteLock
• Upgradeable Read Mode：讀模式，但可能將來升級成寫鎖。ReaderWriterLockSlim.EnterUpgradeableReadLock\ReaderWriterLockSlim.TryEnterUpgradeableReadLock

在不考慮同一個線程遞迴請求鎖的情況下：

• 同一時刻只能有一個線程獲得寫鎖，在有線程獲得寫鎖的時候，其他線程將無法獲得任何類型的鎖；
• 同一時刻只能有一個可升級的讀鎖，在有線程獲得可升級讀鎖的時候，其他線程只能獲得讀鎖；
• 同一時刻讀鎖可以被多個線程獲得，除了上述兩種情況；

讀鎖定擴大

同一時刻只能有一個線程獲得可升級讀鎖，當獲得可升級讀鎖的線程試圖獲得寫鎖的時候或可以調用EnterWriteLock，如果此時有線程沒有釋放寫鎖的話，EnterWriteLock會阻塞直到所有的讀鎖釋放，同時試圖獲得讀鎖的線程也將阻塞（這裡不用考慮寫鎖，因為既然可以獲得可升級讀鎖，那麼必然不存在寫鎖），這有點像“關門放狗”，關上門不讓狗進來，而把已經在裡面的狗放走。：）

請參考MSDN上的例子理解ReadWriterLockSlim：http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.readerwriterlockslim.aspx

ReaderWriterLockSlim和Slim讀/寫鎖

在【Windows】線程漫談——線程同步之Slim讀/寫鎖中介紹了Windows API提供的讀寫鎖同步方式。下面的表格對兩種API做了比較：

.NET	API	說明
ReaderWriterLockSlim構造	InitializeSRWLock
ReaderWriterLockSlim.EnterWriteLock	AcquireSRWLOckExclusive
ReaderWriterLockSlim.TryEnterWriteLock	--
ReaderWriterLockSlim.ExitWriteLock	ReleaseSRWLockExclusive
ReaderWriterLockSlim.EnterReadLock	AcquireSRWLockShared
ReaderWriterLockSlim.TryEnterReadLock	--
ReaderWriterLockSlim.ExitReadLock	ReleaseSRWLockShared
ReaderWriterLockSlim.EnterUpgradeableReadLock	--
ReaderWriterLockSlim.TryEnterUpgradeableReadLock	--
ReaderWriterLockSlim.ExitUpgradeableReadLock	--
--	CONDITION_VARIABLE	API提供了條件變數的支援
可以遞迴特性	--	.NET提供了遞迴

從上表中可以看到，.NET的版本具有以下特點：

• 提供對應的TryXXX方法
• 提供可升級寫鎖特性
• 提供可遞迴的特性

• 不提供條件變數的用法

勞動果實，轉載請註明出處：http://www.cnblogs.com/P_Chou/archive/2012/07/24/interlocked-and-slimlock-in-net-thread-sync.html