C# Lock

轉載自:http://blog.csdn.net/vincent_zhanglb/article/details/7170447

最近在研究.NET分佈式緩存代碼，正好涉及Lock，看了網上的文章，總結了一些Lock相關的知識，供大家一起學習參考。

一、Lock定義

lock 關鍵字可以用來確保代碼塊完成運行，而不會被其他線程中斷。它可以把一段代碼定義爲互斥段（critical section），互斥段在一個時刻內只允許一個線程進入執行，而其他線程必須等待。這是通過在代碼塊運行期間爲給定對象獲取互斥鎖來實現的。

在多線程中，每個線程都有自己的資源，但是代碼區是共享的，即每個線程都可以執行相同的函數。這可能帶來的問題就是幾個線程同時執行一個函數，導致數據的混亂，產生不可預料的結果，因此我們必須避免這種情況的發生。

而在.NET中最好了解一下進程、應用域和線程的概念，因爲Lock是針對線程一級的，而在.NET中應用域是否會對Lock起隔離作用，我的猜想是，即不在同一應用域中的線程無法通過Lock來中斷；另外也最好能瞭解一下數據段、代碼段、堆、棧等概念。

在C# lock關鍵字定義如下：

lock（expression） statement_block，其中expression代表你希望跟蹤的對象，通常是對象引用。

如果你想保護一個類的實例，一般地，你可以使用this；如果你想保護一個靜態變量（如互斥代碼段在一個靜態方法內部），一般使用類名就可以了。

而statement_block就是互斥段的代碼，這段代碼在一個時刻內只可能被一個線程執行。

二、簡單例子

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread1 = new Thread(new ThreadStart(ThreadStart1));
            thread1.Name = "Thread1";
            Thread thread2 = new Thread(new ThreadStart(ThreadStart2));
            thread2.Name = "Thread2";
            Thread thread3 = new Thread(new ThreadStart(ThreadStart3));
            thread3.Name = "Thread3";

            thread1.Start();
            thread2.Start();
            thread3.Start();

           Console.ReadKey();
      }

      static object _object = new object();
      static void Done(int millisecondsTimeout)
      {
            Console.WriteLine(string.Format("{0} -> {1}.Start", DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss"), Thread.CurrentThread.Name));

            //下邊代碼段同一時間只能由一個線程在執行
            lock (_object)
            {
                  Console.WriteLine(string.Format("{0} -> {1}進入鎖定區域.", DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss"), Thread.CurrentThread.Name));
                  Thread.Sleep(millisecondsTimeout);
                 Console.WriteLine(string.Format("{0} -> {1}退出鎖定區域.", DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss"), Thread.CurrentThread.Name));
            }
      }
      static void ThreadStart1()
      {
             Done(5000);
      }
      static void ThreadStart2()
      {
             Done(3000);
      }
      static void ThreadStart2()
      {
             Done(1000);
      }
   }
}

三、簡單解釋一下執行過程

　　先來看看執行過程，代碼示例如下：

private static object ojb = new object();

lock(obj)

{

//鎖定運行的代碼段

}
　　假設線程A先執行，線程B稍微慢一點。線程A執行到lock語句，判斷obj是否已申請了互斥鎖，判斷依據是逐個與已存在的鎖進行object.ReferenceEquals比較(此處未加證實)，如果不存在，則申請一個新的互斥鎖，這時線程A進入lock裏面了。

　　這時假設線程B啓動了，而線程A還未執行完lock裏面的代碼。線程B執行到lock語句，檢查到obj已經申請了互斥鎖，於是等待;直到線程A執行完畢，釋放互斥鎖，線程B才能申請新的互斥鎖並執行lock裏面的代碼。

四、Lock的對象選擇問題

接下來說一些lock應該鎖定什麼對象。

1、爲什麼不能lock值類型

比如lock(1)呢?lock本質上Monitor.Enter，Monitor.Enter會使值類型裝箱，每次lock的是裝箱後的對象。lock其實是類似編譯器的語法糖，因此編譯器直接限制住不能lock值類型。退一萬步說，就算能編譯器允許你lock(1)，但是object.ReferenceEquals(1,1)始終返回false(因爲每次裝箱後都是不同對象),也就是說每次都會判斷成未申請互斥鎖，這樣在同一時間，別的線程照樣能夠訪問裏面的代碼，達不到同步的效果。同理lock((object)1)也不行。

2、Lock字符串

那麼lock("xxx")字符串呢?MSDN上的原話是：

　鎖定字符串尤其危險，因爲字符串被公共語言運行庫 (CLR)“暫留”。這意味着整個程序中任何給定字符串都只有一個實例，就是這同一個對象表示了所有運行的應用程序域的所有線程中的該文本。因此，只要在應用程序進程中的任何位置處具有相同內容的字符串上放置了鎖，就將鎖定應用程序中該字符串的所有實例。

3、MSDN推薦的Lock對象

通常，最好避免鎖定 public 類型或鎖定不受應用程序控制的對象實例。例如，如果該實例可以被公開訪問，則 lock(this) 可能會有問題，因爲不受控制的代碼也可能會鎖定該對象。這可能導致死鎖，即兩個或更多個線程等待釋放同一對象。出於同樣的原因，鎖定公共數據類型(相比於對象)也可能導致問題。

而且lock(this)只對當前對象有效，如果多個對象之間就達不到同步的效果。

而自定義類推薦用私有的只讀靜態對象，比如：

　private static readonly object obj = new object();

　爲什麼要設置成只讀的呢?這時因爲如果在lock代碼段中改變obj的值，其它線程就暢通無阻了，因爲互斥鎖的對象變了，object.ReferenceEquals必然返回false。

4、lock(typeof(Class))

與鎖定字符串一樣，範圍太廣了。

五、特殊問題：Lock（this）等的詳細解釋

在以前編程中遇到lock問題總是使用lock(this)一鎖了之，出問題後翻看MSDN突然發現下面幾行字：通常，應避免鎖定 public 類型，否則實例將超出代碼的控制範圍。常見的結構 lock (this)、lock (typeof (MyType)) 和 lock ("myLock") 違反此準則：如果實例可以被公共訪問，將出現C# lock this問題。如果 MyType 可以被公共訪問，將出現 lock (typeof (MyType)) 問題。由於進程中使用同一字符串的任何其他代碼將共享同一個鎖，所以出現 lock(“myLock”) 問題。

來看看C# lock this問題:如果有一個類Class1，該類有一個方法用lock(this)來實現互斥：

publicvoidMethod2()
{
lock(this)
{
System.Windows.Forms.MessageBox.Show("Method2End");
}
}

如果在同一個Class1的實例中,該Method2能夠互斥的執行。但是如果是2個Class1的實例分別來執行Method2,是沒有互斥效果的。因爲這裏的lock,只是對當前的實例對象進行了加鎖。

Lock(typeof(MyType))鎖定住的對象範圍更爲廣泛，由於一個類的所有實例都只有一個類型對象（該對象是typeof的返回結果），鎖定它，就鎖定了該對象的所有實例，微軟現在建議，不要使用lock(typeof(MyType)),因爲鎖定類型對象是個很緩慢的過程，並且類中的其他線程、甚至在同一個應用程序域中運行的其他程序都可以訪問該類型對象，因此，它們就有可能代替您鎖定類型對象，完全阻止您的執行，從而導致你自己的代碼的掛起。

鎖住一個字符串更爲神奇，只要字符串內容相同，就能引起程序掛起。原因是在.NET中，字符串會被暫時存放，如果兩個變量的字符串內容相同的話，.NET會把暫存的字符串對象分配給該變量。所以如果有兩個地方都在使用lock(“my lock”)的話，它們實際鎖住的是同一個對象。到此，微軟給出了個lock的建議用法：鎖定一個私有的static 成員變量。

.NET在一些集合類中（比如ArrayList,HashTable，Queue，Stack）已經提供了一個供lock使用的對象SyncRoot，用Reflector工具查看了SyncRoot屬性的代碼，在Array中，該屬性只有一句話:return this,這樣和lock array的當前實例是一樣的。ArrayList中的SyncRoot有所不同

get
{
if(this._syncRoot==null)
{
Interlocked.CompareExchange(refthis._syncRoot,newobject(),null);
}
returnthis._syncRoot;

其中Interlocked類是專門爲多個線程共享的變量提供原子操作（如果你想鎖定的對象是基本數據類型，那麼請使用這個類），CompareExchange方法將當前syncRoot和null做比較，如果相等，就替換成new object()，這樣做是爲了保證多個線程在使用syncRoot時是線程安全的。集合類中還有一個方法是和同步相關的：Synchronized，該方法返回一個對應的集合類的wrapper類，該類是線程安全的，因爲他的大部分方法都用lock來進行了同步處理，比如Add方法：

publicoverridevoidAdd(objectkey,objectvalue)
{
lock(this._table.SyncRoot)
{
this._table.Add(key,value);
}
}

這裏要特別注意的是MSDN提到：從頭到尾對一個集合進行枚舉本質上並不是一個線程安全的過程。即使一個集合已進行同步，其他線程仍可以修改該集合，這將導致枚舉數引發異常。若要在枚舉過程中保證線程安全，可以在整個枚舉過程中鎖定集合：

QueuemyCollection=newQueue();
lock(myCollection.SyncRoot){
foreach(ObjectiteminmyCollection){
//Insertyourcodehere.
}
}

最後

    注意：應避免鎖定 public 類型，否則實例將超出代碼的控制範圍。常見的結構 lock (this)、lock (typeof (MyType)) 和 lock ("myLock") 違反此準則：
    1）如果實例可以被公共訪問，將出現 lock (this) 問題；
    2）如果 MyType 可以被公共訪問，將出現 lock (typeof (MyType)) 問題；
    3）由於進程中使用同一字符串的任何其他代碼將共享同一個鎖，所以出現 lock("myLock") 問題；
    最佳做法是定義 private 對象來鎖定, 或 private static 對象變量來保護所有實例所共有的數據。

六、參考資料

由於參考的資料都保存在本地，只能先列出標題，無法提供原文地址，深表歉意！

1）描述C#多線程中Lock關鍵字

2）解決C# lock this問題

3）基於C#中的lock關鍵字的總結

4）C# lock關鍵字

C#中ArrayList.ToArray()用法

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https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

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