C#常用執行緒同步方法應用場景和實現原理

volatile

只是C#的一個關鍵字，告訴編譯器不能將宣告的這個變數進行CPU內部快取，只能在主記憶體中操作，型別有限制，volatile並不能實現真正的同步，因為它的操作級別只停留在變數級別，而不是原子級別。如果是在單處理器系統中，是沒有任何問題的，變數在主存中沒有機會被其他人修改，因為只有一個處理器，這就叫作processor Self-Consistency。但在多處理器系統中，可能就會有問題。 每個處理器都有自己的data cache，而且被更新的資料也不一定會立即寫回到主存。所以可能會造成不同步，但這種情況很難發生，因為cache的讀寫速度相當快，flush的頻率也相當高，只有在壓力測試的時候才有可能發生，而且機率非常非常小。本質上說並非絕對的同步方法。

Interlocked

對於例如int變數等的原子操作，效率高，可靠性高，一般通過CPU的專用指令實現的鎖住記憶體匯流排實現的。

lock

lock與Monitor本身是一致的，lock是做到了C#的關鍵字一級，是.net物件自身支援的的一種同步機制，物件中有相關的結構支援這種輕量級的執行緒同步，實現機制類似於CRITICAL_SECTION，但是CRITICAL_SECTION具有跨程式特性，而lock只能實現同一程式中的執行緒同步，在C#開發中很常用。

Mutex

是WIN32下的突變體核心物件的封裝，類似於一間屋子只能進入一個人。是它的一個.net封裝，效率比較低，由於突變體是一種windows核心物件，需要開銷很大，但是支援跨程式，通過給Mutex命名的方式支援程式間同步，甚至可以跨伺服器訪問，是一種伺服器之間同步的選擇。Mutex的擁有者才能釋放這個Mutex，其他程式不能釋放，可能是考慮到安全問題。Mutex是一種基於執行緒排程的同步方式，控制的是執行緒的排程，實現了sleep，如果有訊號可以通知核心執行緒排程程式排程等待執行緒。

Semaphore(Binary semaphore)

基於WIN32的Semaphore，也是一種基於執行緒排程，基本很類似於Mutex，與Mutex不同之處在於Semaphore允許多人進入同一間屋子，使用count計數來實現，當允許數量為1時叫做Binary semaphore，這時候就是基本和Mutex很類似的，但是沒有Mutex擁有者一說，可由任何程式進行資源釋放。

Spin lock

這是一個核心態概念。spin lock與semaphore的主要區別是spin lock是busy waiting，而semaphore是sleep。對於可以sleep的程式來說，busy waiting當然沒有意義，CPU只是在那裡空轉而已，而且IRQL比較高，適合於等待時間比較短的場景。對於單CPU的系統，busy waiting當然更沒意義（沒有CPU可以釋放鎖），所有Spin lock只對多CPU才有意義，因此，只有多CPU的核心態非程式空間，才會用到spin lock。其實也就是類似mutex的作用，序列化對 critical section的訪問。但是mutex不能保護中斷的打斷，也不能在中斷處理程式中被呼叫。而spin lock也一般沒有必要用於可以sleep的程式空間。幸好它是核心級的，如果是使用者級的會很危險。

AutoResetEvent，ManualResetEvent  (Event)

這兩種的實現都是基於WIN32的Event原理，同步事件有兩種：AutoResetEvent 和 ManualResetEvent。它們之間唯一的不同在於，無論何時，只要 AutoResetEvent 啟用執行緒，它的狀態將自動從終止變為非終止。相反，ManualResetEvent 允許它的終止狀態啟用任意多個執行緒，只有當它的 Reset 方法被呼叫時才還原到非終止狀態

ReaderWriterLockSlim

這個也是lock的封裝，對資源的訪問方式有共享和獨佔方式，例如我們控制對某個資源讀貢獻或者寫獨佔，那麼這個類可以派上用場。

SynchronizationAttribute ，MethodImplAttribute

這兩個屬於類特性和方法的特性，標識某個類或方法是同步方法，本質上基於lock的實現。

WaitHandle

可以通過呼叫一種等待方法，如 WaitOne、WaitAny 或 WaitAll，讓執行緒等待事件。System.Threading.WaitHandle.WaitOne 使執行緒一直等待，直到單個事件變為終止狀態；System.Threading.WaitHandle.WaitAny 阻止執行緒，直到一個或多個指示的事件變為終止狀態；System.Threading.WaitHandle.WaitAll 阻止執行緒，直到所有指示的事件都變為終止狀態。當呼叫事件的 Set 方法時，事件將變為終止狀態。WaitOne基於WaitSingleObject，WaitAny 或 WaitAll基於WaitmultipleObject，具體由後面引數來決定。WaitmultipleObject實現要比WaitSingleObject複雜的多，效能也不好，儘量少用。

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