c# 多线程环境下控制对共享资源访问的办法

1. Monitor：
   • 定义：Monitor 是 C# 中最基本的同步机制，通过 Enter 和 Exit 方法来控制对共享资源的访问。它提供了排他锁的功能，确保在任何时刻只有一个线程可以访问共享资源。
   • 优点：简单易用，适合对临界区进行粗粒度的同步控制。
   • 缺点：只能实现排它锁，不能实现读写锁，性能相对较低。

　　

class Program
{
    static readonly object _lock = new object();
    static int _counter = 0;

    static void Main()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            new Thread(IncrementCounter).Start();
        }

        Console.ReadKey();
    }

    static void IncrementCounter()
    {
        Monitor.Enter(_lock);
        try
        {
            _counter++;
            Console.WriteLine($"Counter: {_counter}");
        }
        finally
        {
            Monitor.Exit(_lock);
        }
    }
}

 

2. Mutex：
   • 定义：Mutex 是一个操作系统对象，用于在进程间共享，通过 WaitOne 和 ReleaseMutex 来控制对共享资源的访问。它提供了进程间的同步能力。
   • 优点：可跨进程使用，适合在进程间进行同步。
   • 缺点：相比 Monitor，性能开销较大，因为涉及到系统调用。

　　

class Program
{
    static Mutex _mutex = new Mutex();
    static int _counter = 0;

    static void Main()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            new Thread(IncrementCounter).Start();
        }

        Console.ReadKey();
    }

    static void IncrementCounter()
    {
        _mutex.WaitOne();
        _counter++;
        Console.WriteLine($"Counter: {_counter}");
        _mutex.ReleaseMutex();
    }
}

 

3. ReaderWriterLockSlim：
   • 定义：ReaderWriterLockSlim 实现了读写分离锁，允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。这种机制适用于读多写少的场景。
   • 优点：适合读多写少的场景，提高了并发性能。
   • 缺点：相对复杂，可能会引起死锁，不支持递归锁。

　　

class Program
{
    static ReaderWriterLockSlim _rwLock = new ReaderWriterLockSlim();
    static int _counter = 0;

    static void Main()
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            new Thread(ReadCounter).Start();
            new Thread(IncrementCounter).Start();
        }

        Console.ReadKey();
    }

    static void ReadCounter()
    {
        _rwLock.EnterReadLock();
        Console.WriteLine($"Counter: {_counter}");
        _rwLock.ExitReadLock();
    }

    static void IncrementCounter()
    {
        _rwLock.EnterWriteLock();
        _counter++;
        Console.WriteLine($"Counter incremented to: {_counter}");
        _rwLock.ExitWriteLock();
    }
}

 

4. Semaphore：
   • 定义：Semaphore 是一个信号量，用于控制同时访问共享资源的线程数量。通过 WaitOne 和 Release 方法，可以控制访问资源的线程数量。
   • 优点：可以控制多个线程同时访问共享资源的数量，灵活性较高。
   • 缺点：相对于其他机制，使用起来较为复杂，需要谨慎处理信号量的释放。

　　

class Program
{
    static Semaphore _semaphore = new Semaphore(2, 2); // Allow 2 threads to access the resource simultaneously
    static int _counter = 0;

    static void Main()
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            new Thread(IncrementCounter).Start();
        }

        Console.ReadKey();
    }

    static void IncrementCounter()
    {
        _semaphore.WaitOne();
        _counter++;
        Console.WriteLine($"Counter: {_counter}");
        _semaphore.Release();
    }
}

 

5. SemaphoreSlim：
   • 定义：SemaphoreSlim 是轻量级的信号量，与 Semaphore 类似，用于控制同时访问共享资源的线程数量，但相比 Semaphore 更轻量级。
   • 优点：相比 Semaphore，SemaphoreSlim 的开销更小，适用于资源访问频繁的场景。
   • 缺点：与 Semaphore 相比，功能上略有限制，例如没有 Release(Int32) 方法，只能递增信号量一个单位。

class Program
{
    static SemaphoreSlim _semaphore = new SemaphoreSlim(2, 2); // Allow 2 threads to access the resource simultaneously
    static int _counter = 0;

    static void Main()
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            new Thread(IncrementCounter).Start();
        }

        Console.ReadKey();
    }

    static void IncrementCounter()
    {
        _semaphore.Wait();
        _counter++;
        Console.WriteLine($"Counter: {_counter}");
        _semaphore.Release();
    }
}

 

6. lock：
   • 定义：

     lock 关键字用于在代码块级别实现互斥锁，确保共享资源在多线程环境中被安全访问。lock 关键字确保在同一时间只有一个线程可以访问共享资源，从而避免竞态条件和数据损坏。

     此外，lock 关键字在 C# 中是基于 Monitor 的概念实现的。lock 关键字在 C# 中是基于 Monitor 的概念实现的语法糖。当使用 lock 关键字时，它会自动获取对象的监视器锁（Monitor），并在代码块执行完毕后释放这个锁，以确保线程安全性。

   • 优点：
     1. 简单易用：lock 提供了一种简单的方式来实现线程同步，避免了开发人员手动管理锁的复杂性。
     2. 自动释放：lock 会自动释放锁，避免了忘记释放锁导致死锁的情况。
     3. 确保线程安全：通过使用 lock，可以确保共享资源在多线程环境下的安全访问。
   • 缺点：
     1. 潜在死锁：如果在锁内部发生了阻塞操作，可能会导致死锁情况的发生。
     2. 性能开销：频繁使用 lock 可能会导致性能开销，因为其他线程需要等待锁的释放。
     3. 可能引发竞态条件：如果 lock 的粒度过大，可能会导致竞态条件的发生，影响程序性能。

class Program
{
    static readonly object _lock = new object();
    static int _counter = 0;

    static void Main()
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            new Thread(IncrementCounter).Start();
        }

        Console.ReadKey();
    }

    static void IncrementCounter()
    {
        lock (_lock)
        {
            _counter++;
            Console.WriteLine($"Counter: {_counter}");
        }
    }
}