本笔记摘抄自：https://www.cnblogs.com/zhili/archive/2012/07/21/ThreadsSynchronous.html，记录一下学习过程以备后续查用。html
1、线程同步概述多线程
建立多线程来实现让咱们可以更好地响应应用程序，然而当咱们建立了多个线程时，就存在多个线程同时访问一个共享资源的状况。此时，咱们就须要用到线程同步。线程同并发
步能够防止数据（共享资源）的损坏。dom
通常来讲，设计应用程序应尽可能避免使用线程同步， 由于线程同步会产生一些问题：性能
1.一、它的使用比较繁琐。咱们须要用额外的代码，把多个线程同时访问的数据包围起来，并获取和释放一个线程同步锁。若是有一个代码块忘记获取锁，就有可能形成数据损坏。学习
1.二、使用线程同步会影响性能。ui
1.2.一、获取和释放一个锁是须要时间的，咱们在决定哪一个线程先获取锁的时候，CPU要进行协调，这些额外的工做就会对性能形成影响。url
1.2.二、线程同步一次只容许一个线程访问资源，这样就会阻塞线程，而阻塞线程会形成更多的线程被建立。这样CPU就有可能要调度更多的线程，从而对性能形成影响。 spa
2、线程同步使用.net
2.1 使用锁对性能的影响
1.2.1描述过使用锁会对性能产生影响，下面经过比较使用锁和不使用锁消耗的时间来讲明这点：
class Program { static void Main(string[] args) { #region 线程同步：使用与不使用锁的耗时对比 int x = 0; //迭代500万次 const int iterationNumber = 5000000; //不使用锁 Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew(); for (int i = 0; i < iterationNumber; i++) { x++; } Console.WriteLine("Total time consuming is:{0}ms.", sw.ElapsedMilliseconds); sw.Restart(); //使用锁 for (int i = 0; i < iterationNumber; i++) { Interlocked.Increment(ref x); } Console.WriteLine("Total time consuming is:{0}ms.", sw.ElapsedMilliseconds); Console.Read(); #endregion } }
运行结果以下：
2.2 Interlocked实现线程同步
Interlocked为多个线程共享变量提供了原子操做，当咱们在多线程中对一个整数进行递增操做时，就须要实现线程同步。
下面代码演示加锁与不加锁的区别：
不加锁：
class Program { //共享资源 public static int number = 0; static void Main(string[] args) { #region 线程同步：使用Interlocked实现线程同步 //不加锁 for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread thread = new Thread(Add); thread.Start(); } Console.Read(); #endregion } /// <summary> /// 递增不加锁 /// </summary> public static void Add() { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("The current value of number is:{0}", ++number); } }
运行结果以下：
结果与预期可能不太同样。为了解决这样的问题，咱们能够经过使用 Interlocked.Increment方法来实现自增操做。
实现原理：相似银行叫号，当有空号且号码是本身的，才能去办理相关的业务，不然继续等待。
加锁：
class Program { //共享资源 public static int number = 0; public static long signal = 0; static void Main(string[] args) { #region 线程同步：使用Interlocked实现线程同步 //加锁 for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(AddWithInterlocked)); thread.Start(i); } Console.Read(); #endregion } /// <summary> /// 递增长Interlocked锁 /// </summary> public static void AddWithInterlocked(object parameter) { while (Interlocked.Read(ref signal) != 0 || (int)parameter != number) { Thread.Sleep(100); } Interlocked.Increment(ref signal); Console.WriteLine("The current value of number is:{0}", ++number); Interlocked.Decrement(ref signal); } }
运行结果以下：
2.3 Monitor实现线程同步
对于上面那个状况，也能够经过Monitor.Enter和Monitor.Exit方法来实现线程同步。
C#中经过lock关键字来提供简化的语法(lock能够理解为Monitor.Enter和Monitor.Exit方法的语法糖)。
class Program { //共享资源 public static int number = 0; private static readonly object addLock = new object(); static void Main(string[] args) { #region 线程同步：使用Monitor实现线程同步 //非语法糖 for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread thread = new Thread(AddWithMonitor); thread.Start(); } Console.Read(); //语法糖 //for (int i = 0; i < 10; i++) //{ // Thread thread = new Thread(AddWithLock); // thread.Start(); //} //Console.Read(); #endregion } /// <summary> /// 递增长Monitor锁 /// </summary> public static void AddWithMonitor() { Thread.Sleep(100); Monitor.Enter(addLock); Console.WriteLine("The current value of number is:{0}", ++number); Monitor.Exit(addLock); } /// <summary> /// 递增长Lock锁 /// </summary> public static void AddWithLock() { Thread.Sleep(100); lock (addLock) { Console.WriteLine("The current value of number is:{0}", ++number); } } }
运行结果以下：
接上面的addLock锁(如下描述为obj锁)，顺便学习一下Monitor类的原理：
Monitor在锁对象obj上会维持两个线程队列R和W以及一个引用T ：
(1)T是对当前得到了obj锁的线程的引用。
(2) R为就绪队列。
R队列上的线程，是已经准备好了去竞争获取obj锁的线程。
线程可经过调用Monitor.Enter(obj)或Monitor.TryEnter(obj)而直接进入R队列，可经过调用Monitor.Exit(obj)或Monitor.Wait(obj)释放其所得到的obj锁。
当obj锁被某个线程释放后，这个队列上的线程就会去竞争obj锁，而得到obj锁的线程将被T引用。
(3) W为等待队列。
W队列上的线程，是不会被OS直接调度执行的线程。也就是说，等待队列上的线程不能去得到obj锁。
线程可经过调用Monitor.Wait(obj)而直接进入W队列，可经过调用Monitor.Pulse(obj)或Monitor.PulseAll(obj)将W队列中的第一个等待线程或全部等待线程移至R队列，
这时被移至R队列的这些线程就有机会被OS直接调度执行，也就是能够去竞争obj锁。
(4)Monitor的成员方法。
Monitor.Enter(obj)/Monitor.TryEnter(obj) ：线程会进入R队列以等待获取obj锁
Monitor.Exit(obj) ：线程释放obj锁（只有获取了obj锁的线程才能执行Monitor.Exit(obj)）
Monitor.Wait(obj)： 线程释放当前得到的obj锁，而后进入W队列并阻塞。
Monitor.Pulse(obj) ：将W队列中的第一个等待线程移至R队列中以使第一个线程有机会获取obj锁。
Monitor.PulseAll(obj)：将W队列中的全部等待线程移至R队列以使得这些线程有机会得到obj锁。
下面代码演示Monitor.Wait及Monitor.Pulse的使用：
class Program { //共享资源 private static readonly object addLock = new object(); static void Main(string[] args) { #region 线程同步：Monitor.Wait与Monitor.Pulse的使用 for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread thread = new Thread(MonitorWaitAndPulse); thread.Start(); } Console.Read(); #endregion } /// <summary> /// Monitor中的Wait与Pulse方法 /// </summary> public static void MonitorWaitAndPulse() { //进入就绪队列等待获取锁资源 Monitor.Enter(addLock); //进来打声招呼 Console.WriteLine("{0}：我来了，临时要出去办一下事。", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); //唤醒等待队列中的第一个线程进入就绪队列 Monitor.Pulse(addLock); //暂时释放锁资源进入等待队列 Monitor.Wait(addLock); //出去办事 Thread.Sleep(1000); //回来打声招呼 Console.WriteLine("{0}：我回来了。", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); //释放锁资源 Monitor.Exit(addLock); } }
运行结果以下：
2.4 ReaderWriterLock实现线程同步
若是咱们须要对一个共享资源执行屡次读取时，用前面所讲的类实现的同步锁都仅容许一个线程进行访问，而其它线程将被阻塞。因为只是进行读取操做，实际上是没有必要
堵塞其余的线程， 应该让它们并发的执行。
此时，可经过ReaderWriterLock类来实现并行读取。
class Program { //建立对象 public static List<int> lists = new List<int>(); public static ReaderWriterLock readerWriteLock = new ReaderWriterLock(); static void Main(string[] args) { #region 线程同步：使用ReaderWriterLock实现线程同步 //建立一个线程读取数据 Thread threadWrite = new Thread(Write); threadWrite.Start(); //建立10个线程读取数据 for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread threadRead = new Thread(Read); threadRead.Start(); } Console.Read(); #endregion } /// <summary> /// 写入方法 /// </summary> public static void Write() { //获取写入锁，以10毫秒为超时。 readerWriteLock.AcquireWriterLock(10); Random ran = new Random(); int count = ran.Next(1, 10); lists.Add(count); Console.WriteLine("Write the data is:" + count); //释放写入锁 readerWriteLock.ReleaseWriterLock(); } /// <summary> /// 读取方法 /// </summary> public static void Read() { Thread.Sleep(100); //获取读取锁 readerWriteLock.AcquireReaderLock(10); foreach (int list in lists) { //输出读取的数据 Console.WriteLine(list); } // 释放读取锁 readerWriteLock.ReleaseReaderLock(); } }
运行结果以下：