平常在多線程開發中，總避免不了線程同步。本篇對net多線程中的鎖系統做個簡單描述。

閱讀目錄：

lock、Monitor
作用域範圍
字元串鎖
Monitor的用法
Mutex
Semaphore
總結

lock、Monitor

Lock是Monitor文法糖簡化寫法，Lock在IL會生成Monitor。

//======Example 1=====
            string obj = "helloworld";
            lock (obj)
            {
                Console.WriteLine(obj);
            }
            //lock  IL會編譯成如下寫法
            bool isGetLock = false;
            Monitor.Enter(obj, ref isGetLock);
            try
            {
                Console.WriteLine(obj);
            }
            finally
            {
                if (isGetLock)
                {
                    Monitor.Exit(obj);
                }
            }

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isGetLock參數是Framework 4.0後新加的。為了使程式在所有情況下都能夠确定，是否有必要釋放鎖。例: Monitor.Enter拿不到鎖

Monitor.Enter 是可以鎖值類型的。鎖時會裝箱成新對象，是以無法做到線程同步。

作用域範圍

一：Lock是隻能在程序内鎖，不能跨程序，内部走的是混合構造，先自旋再轉成核心構造。

二：關于對type類型的鎖，如下：

//======Example 2=====
            new Thread(new ThreadStart(() => {
                lock (typeof(int))
                {
                    Thread.Sleep(10000);
                    Console.WriteLine("Thread1釋放");
                }
            })).Start();
            Thread.Sleep(1000);
            lock(typeof(int))
            {
                Console.WriteLine("Thread2釋放");
            }

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運作結果如下：

多線程中的鎖系統(一)-基礎用法lock、MonitorMutexSemaphore總結

在看個例子:

//======Example 3=====
            Console.WriteLine(DateTime.Now);
            AppDomain appDomain1 = AppDomain.CreateDomain("AppDomain1");
            LockTest Worker1 = (LockTest)appDomain1.CreateInstanceAndUnwrap(
             Assembly.GetExecutingAssembly().FullName,
             "ConsoleApplication1.LockTest");
            Worker1.Run();

            AppDomain appDomain2 = AppDomain.CreateDomain("AppDomain2");
            LockTest Worker2 = (LockTest)appDomain2.CreateInstanceAndUnwrap(
            Assembly.GetExecutingAssembly().FullName,
            "ConsoleApplication1.LockTest");
            Worker2.Run();
/// <summary>
    /// 跨應用程式域邊界或遠端通路時需要繼承MarshalByRefObject
    /// </summary>
    public class LockTest : MarshalByRefObject
    {
        public void Run()
        {
            lock (typeof(int))
            {
                Thread.Sleep(10000);
                Console.WriteLine(AppDomain.CurrentDomain.FriendlyName + ": Thread 釋放," + DateTime.Now);
            }
        }
    }

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運作結果如下：

第一個例子說明，在同程序同域，不同線程下，鎖type int，其實鎖的是同一個int對象，是以要慎用。

第二個例子，這裡就簡單說下。

A: CLR啟動時，會建立系統域（System Domain）和共享域（Shared Domain），預設程式域（Default AppDomain）。系統域和共享域是單例的。程式域可以有多個，例子中我們使用AppDomain.CreateDomain方法建立的。

B: 按正常來說，每個程式域的代碼都是隔離，互不影響的。但對于一些基礎類型來說，每個程式域都重新加載一份，就顯得有點浪費，帶來額外的損耗壓力。聰明的CLR會把一些基本類型Object, ValueType, Array, Enum, String, and Delegate等所在的程式集MSCorLib.dll，在CLR啟動過程中都會加載到共享域。每個程式域都會使用共享域的基礎類型執行個體。

C: 而每個程式域都有屬于自己的托管堆。托管堆中最重要的是GC heap和Loader heap。GC heap用于引用類型執行個體的存儲，生命周期管理和垃圾回收。Loader heap儲存類型系統，如MethodTable，資料結構等，Loader heap生命周期不受GC管理，跟程式域解除安裝有關。

是以共享域中Loader heap MSCorLib.dll中的int執行個體會一直保留着，直到程序結束。單個程式域解除安裝也不受影響。作用域很大有沒有！！！

這時第二個例子也很容易了解了。鎖int執行個體是跨程式域的，MSCorLib中的基礎類型都是這樣，極容易造成死鎖。而自定義類型則會加載到自己的程式域，不會影響其他。

字元串的鎖

我們都知道鎖的目的，是為了多線程下值被破壞。也知道string在c#是個特殊對象，值是不變的，每次變動都是一個新對象值，這也是推薦stringbuilder原因。如例：

//======Example 4=====
            string str1 = "mushroom";
            string str2 = "mushroom";
            var result1 = object.ReferenceEquals(str1, str2);
            var result2 = object.ReferenceEquals(str1, "mushroom");
            Console.WriteLine(result1 + "-" + result2);
            /* output
             * True-True
             */

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正是由于c#中字元串的這種特性，是以字元串是在多線程下是不會被修改的，隻讀的。它存在于SystemDomain域中managed heap中的一個hash table中。其中Key為string本身，Value為string對象的位址。

當程式域需要一個string的時候，CLR首先在這個Hashtable根據這個string的hash code試着找對應的Item。如果成功找到，則直接把對應的引用傳回，否則就在SystemDomain對應的managed heap中建立該 string，并加入到hash table中，并把引用傳回。是以說字元串的生命周期是基于整個程序的，也是跨AppDomain。

Monitor的用法

簡單介紹下Wait，Pulse,PulseAll的用法，已加注釋。

static string str = "mushroom";
        static void Main(string[] args)
        {
            new Thread(() =>
            {
                bool isGetLock = false;
                Monitor.Enter(str, ref isGetLock);
                try
                {
                    Console.WriteLine("Thread1第一次擷取鎖");
                    Thread.Sleep(5000);
                    Console.WriteLine("Thread1暫時釋放鎖，并等待其他線程釋放通知信号。");
                    Monitor.Wait(str); 
                    Console.WriteLine("Thread1接到通知,第二次擷取鎖。");
                    Thread.Sleep(1000);
                } 
                finally
                {
                    if (isGetLock)
                    {
                        Monitor.Exit(str);
                        Console.WriteLine("Thread1釋放鎖");
                    }
                }
            }).Start();
            Thread.Sleep(1000);
            new Thread(() =>
            {
                bool isGetLock = false;
                Monitor.Enter(str, ref isGetLock); //一直等待中，直到其他釋放。
                try
                {
                    Console.WriteLine("Thread2獲得鎖");
                    Thread.Sleep(5000);
                    Monitor.Pulse(str); //通知隊列裡一個線程，改變鎖狀态。  Pulseall 通知所有的
                    Console.WriteLine("Thread2通知其他線程，改變狀态。");
                    Thread.Sleep(1000);
                }
                finally
                {
                    if (isGetLock)
                    {
                        Monitor.Exit(str);
                        Console.WriteLine("Thread2釋放鎖");
                    }
                }

            }).Start();
            Console.ReadLine();

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Mutex

lock是不能跨程序鎖的。 mutex作用和lock類似，但是它能跨程序鎖資源(走的是windows核心構造)，如例子：

static bool createNew = false;
        //第一個參數 是否應擁有互斥體的初始所屬權。即createNew true時，mutex預設獲得處理信号
        //第二個是名字，第三個是否成功。
        public static Mutex mutex = new Mutex(true, "mushroom.mutex", out createNew);

        static void Main(string[] args)
        {
            //======Example 5=====
            if (createNew)  //第一個建立成功，這時候已經拿到鎖了。 無需再WaitOne了。一定要注意。
            {
                try
                {
                    Run();
                }
                finally
                {
                    mutex.ReleaseMutex(); //釋放目前鎖。  
                }
            }
            //WaitOne 函數作用是阻止目前線程，直到拿到收到其他執行個體釋放的處理信号。
            //第一個參數是等待逾時時間，第二個是否退出上下文同步域。
            else if (mutex.WaitOne(10000,false))//
            {
                try
                {
                    Run();
                }
                finally
                {
                    mutex.ReleaseMutex();
                }
            }
            else//如果沒有發現處理信号
            {
                Console.WriteLine("已經有執行個體了。");
                Console.ReadLine();
            }
        }
        static void Run()
        {
            Console.WriteLine("執行個體1");
            Console.ReadLine();
        }

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順序啟動A B執行個體測試下。A首先拿到鎖，輸出執行個體1 。B在等待，如果10秒内A釋放，B拿到執行Run()。逾時後輸出"已經有執行個體了"。

這裡注意的是第一個拿到處理信号的執行個體，已經拿到鎖了。不需要再WaitOne。否則報異常。

Semaphore

即信号量，我們可以把它了解為更新版的mutex。mutex對一個資源進行鎖，semaphore則是對多個資源進行加鎖。

semaphore是由windows核心維持一個int32變量的線程計數器，線程每調用一次、計數器減一、釋放後對應加一，超出的線程則排隊等候。

走的是核心構造，是以semaphore也是可以跨程序的。

static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("準備處理隊列");

            bool createNew = false;

            SemaphoreSecurity ss = new SemaphoreSecurity(); //信号量權限控制
            Semaphore semaphore = new Semaphore(2, 2, "mushroom.Semaphore", out createNew,null);
            for (int i = 1; i <= 5; i++)
            {
                new Thread((arg) =>
                {
                    semaphore.WaitOne();
                    Console.WriteLine(arg + "進行中");
                    Thread.Sleep(10000);
                    semaphore.Release(); //即semaphore.Release(1)
                    //semaphore.Release(5);可以釋放多個，但不能超過最大值。如果最後釋放的總量超過本身總量，也會報錯。 不建議使用

                }).Start(i);
            }
            Console.ReadLine();
        }

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總結

mutex、Semaphore 需要先把托管代碼轉成本地使用者模式代碼、再轉換成本地核心代碼。

當釋放後需要重新轉換成托管代碼，性能會有一定的損耗，是以盡量在需要跨程序的場景再使用。

參考 http://www.cnblogs.com/artech/archive/2007/06/04/769805.html

多線程中的鎖系統(一)-基礎用法lock、MonitorMutexSemaphore總結