使用 Lock 语句同步数据访问

2018-12-03 08:00:00 · 飞浪

问题如果多线程应用程序中的数据访问未同步，则可能会出现竞争条件。同步数据访问通常意味着一次只能有一个线程访问此类数据。但是，正如本系列第一篇指南中所探讨的那样，这可能比听起来更棘手。当

问题

如果多线程应用程序中的数据访问未同步，则可能会出现竞争条件。同步数据访问通常意味着一次只能有一个线程访问此类数据。但是，正如本系列第一篇指南中所探讨的那样，这可能比听起来更棘手。当涉及多个线程时，真正的同步涉及执行顺序。C # 中的lock语句是保证代码在多线程上下文中执行方式的最简单方法之一。

Lock 语句的实践

乍一看，lock语句的用法如下：

      lock (foo)
{
  ...
}
    

让我们考虑一个例子，在上下文中查看lock语句。考虑一个多线程网络爬虫控制台应用程序的情况，您正在扫描 HTML 中的 URL 并将这些 URL 添加到文件中。有充分的理由，您希望确保在任何给定时间只有一个线程正在写入文件。我们之前发现以下方法不能提供我们所需的保证，因为我们仍然会遇到偶尔的IOException。

      static bool fileIsInUse;

static void WriteToFile()
{
  while (fileIsInUse)
  {
    System.Threading.Thread.Sleep(50);
  }
    
  try
  {
    fileIsInUse = true;

    using (var fileStream = new FileStream("links.txt", ..., FileShare.None))
    {
      // write to the file stream
    }
  }
  finally
  {
    fileIsInUse = false;
  }
}
    

既然上面的方法不起作用，我们如何将lock语句应用于上面的示例，以实现必要的同步？实际上，使用lock语句相当容易，而且比我们上面尝试的更简单。对于这个例子，我们可以修改我们的代码如下：

      static object linksLock = new object();

static void WriteToFile()
{
  lock (linksLock)
  {
    using (var fileStream = new FileStream("links.txt", ..., FileShare.None))
    {
      // write to the file stream
    }
  }
}
    

就这些了！现在可以保证每次只有一个线程尝试创建此处指定的FileStream。如您所见，使用lock语句仅包含lock关键字、后面是括号中的变量以及与之配合的{ }块。您放入块中的任何代码都保证每次只由一个线程运行。这正是我们所需要的，这样网络爬虫就可以正常运行，而不会出现抛出IOException的危险。

因此，lock语句使用起来非常简单，但是它是如何工作的，以及传递给lock语句的括号中的变量有什么意义？

使用 Lock 语句的含义

了解代码中存在lock语句时会发生什么情况非常重要。您可能已经猜到了， lock语句代表某个线程获取锁（赋予该线程某些权限），然后在该线程退出块时释放锁（放弃所述权限）。设法进入lock语句块的线程可以独占访问块中的所有代码。这意味着，当另一个线程正在访问其块时，遇到lock语句的任何其他线程都必须等到另一个线程完成才能继续。

那么网络爬虫示例中的变量（比如 linksLock ）怎么样呢？ lock语句需要用括号括起来一个变量，因为它需要获取对象上的互斥锁（即 mutex）才能运行。指定对象的另一个好处是能够对多个块使用同一个锁。例如，假设在您的网络爬虫应用程序中，您有两个修改links.txt文件的方法：一个方法添加了一行文本，另一个方法删除了一行文本。这两个方法不仅需要独占访问数据，而且还需要访问相同的数据。因此，您不能允许AddLine和RemoveLine同时执行。对于这些情况，锁定同一个变量（如下所示）不仅是可以接受的，而且是必要的。

      static object linksLock = new object();

static void AddLine()
{  
  lock (linksLock)
  {
    using (var fileStream = new FileStream("links.txt"...))
    {
      // add a line
    }
  }
}

static void RemoveLine()
{  
  lock (linksLock)
  {
    using (var fileStream = new FileStream("links.txt"...))
    {
      // remove a line
    }
  }
}
    

相反，您可能拥有不相关的数据，每个数据都需要同步访问，但彼此之间不需要同步。在这种情况下，您将需要使用单独的对象，以避免不必要的锁定。例如，假设您想在网络爬虫应用程序中维护两个文件，一个用于<a href="...（即“链接”）URL，一个用于<img src="...图像 URL。在写入图像文件时，无需等待对链接文件的访问，反之亦然。在这种情况下，您将使用两个对象进行锁定，一个用于链接，一个用于图像。例如：

      static object linksLock = new object();

static void WriteToLinksFile()
{  
  lock (linksLock)
  {
    using (var fileStream = new FileStream("links.txt"...))
    {
      ...
    }
  }
}

static object imagesLock = new object();

static void WriteToImagesFile()
{  
  lock (imagesLock)
  {
    using (var fileStream = new FileStream("images.txt"...))
    {
      ...
    }
  }
}
    

Lock 语句的底层原理

虽然对于基本用法来说，了解lock语句的内部原理并不是必需的，但在高级场景中，更准确地了解lock语句的作用会很有帮助。例如，您可能会惊讶地发现，有一种方法（尽管很少使用）可以在lock语句的块内释放锁。理解这一点的关键是了解以下内容：

      lock (myLockObject)
{
  // your code
}
    

被 C# 编译器翻译为

      bool lockAcquired = false;
try
{
  Monitor.Enter(myLockObject, ref lockAcquired);
  // your code
}
finally
{
  if (lockAcquired)
  {
    Monitor.Exit(myLockObject);
  }
}
    

Monitor类位于System.Threading命名空间中，您也可以使用它。事实上，如果您愿意，您可以直接使用Monitor.Enter和Monitor.Exit方法，而根本不使用lock。lock语句只是为了方便，就像 C# 的using语句一样。

那么，从Lock语句在后台使用Monitor类中我们学到了什么呢？首先，我们可以看到使用了try...finally，这意味着即使在您放入Lock语句块的代码中抛出了未处理的异常，锁也会被释放。其次，Monitor类还有其他方法可以与Enter和Exit结合使用，以实现线程之间更复杂的协调。例如，Monitor.Wait释放锁并立即阻塞，直到重新获得锁，而Monitor.Pulse本质上会唤醒这样的等待线程。例如，这些方法对于实现生产者/消费者队列很有用。

综上所述

lock语句是 C# 开发人员编写多线程应用程序时最简单、最常用的工具之一。它可用于同步对代码块的访问，通过一次只允许一个线程执行该块中的代码来实现线程安全。这在处理多个线程之间共享的变量、文件和其他数据时至关重要，因为不同步的数据访问会导致竞争条件。最后，由于lock语句是Monitor类中Enter/Exit方法的语法糖，因此lock还可以与其他Monitor方法结合使用，以实现更高级的线程协调形式。

您已经了解了开始使用lock语句所需的一切，但在使用它时可能会出现一些问题。本系列的下一篇指南将介绍使用lock语句时的最佳实践和避免常见错误。

_{免责声明：本内容来源于第三方作者授权、网友推荐或互联网整理，旨在为广大用户提供学习与参考之用。所有文本和图片版权归原创网站或作者本人所有，其观点并不代表本站立场。如有任何版权侵犯或转载不当之情况，请与我们取得联系，我们将尽快进行相关处理与修改。感谢您的理解与支持！}

_查看原文

技术指南

阅读全文

使用 Lock 语句同步数据访问

杭州电子商务研究院

6年前 · 面向社会、服务行业、政产学研结合、整合资源、和谐发展

static bool fileIsInUse; static void WriteToFile() { while (fileIsInUse) { System.Threading.Thread.Sleep(50); } try { fileIsInUse = true; using (var fileStream = new FileStream("links.txt", ..., FileShare.None)) { // write to the file stream } } finally { fileIsInUse = false; } }

static object linksLock = new object(); static void WriteToFile() { lock (linksLock) { using (var fileStream = new FileStream("links.txt", ..., FileShare.None)) { // write to the file stream } } }

static object linksLock = new object(); static void AddLine() { lock (linksLock) { using (var fileStream = new FileStream("links.txt"...)) { // add a line } } } static void RemoveLine() { lock (linksLock) { using (var fileStream = new FileStream("links.txt"...)) { // remove a line } } }

static object linksLock = new object(); static void WriteToLinksFile() { lock (linksLock) { using (var fileStream = new FileStream("links.txt"...)) { ... } } } static object imagesLock = new object(); static void WriteToImagesFile() { lock (imagesLock) { using (var fileStream = new FileStream("images.txt"...)) { ... } } }