第十一节:深究用户模式锁的使用场景(异变结构、互锁、旋转锁)

一. 锁机制的背景介绍

本章节，将结合多线程来介绍锁机制， 那么问题来了，什么是锁呢？ 为什么需要锁？ 为什么要结合多线程来介绍锁呢？锁的使用场景又是什么呢？ DotNet中又有哪些锁呢？

在接下来的几个章节中，将陆续解答这些问题。

PS：

多个线程对一个共享资源进行使用的时候，会出问题, 比如实际的业务场景，入库和出库操作同时进行，库存量就会存在并发问题。所以锁就是用来解决多线程资源竞用的问题。

Net领域中，锁机制非常多，比如：时间锁、信号量、互斥锁、读写锁、互锁、异变结构，主要我们可以把他们划分为三大类：

①.用户模式锁：就是通过一些cpu指令或者一个死循环,来达到达到线程的等待和休眠。

②.内核模式锁：就是调用win32底层的代码，来实现thread的各种操作。

③.混合锁：用户模式+内核模式

其中用户模式锁又分为这么几类：异变结构、互锁和旋转锁。

二. 异变结构

背景：一个线程读，一个线程写，在release模式下会出现bug，导致主线程无法执行，原因在前面章节已经介绍过了。

方式一：利用MemoryBarrier方法进行处理 。（前面章节已介绍）

方式二：利用VolatileRead/Write方法进行处理。 (前面章节已介绍)

方式三：volatile关键字进行处理，我的read和write都是从memrory中读取，读取的都是最新的。（下面的案例使用volatile关键字后，主线程可以执行）

代码实践：

 1 public static volatile bool isStop = false;
 2 //使用Volatile关键字处理 
 3 var t = new Thread(() =>
 4 {
 5 var isSuccess = false;
 6 while (!isStop)
 7 {
 8 isSuccess = !isSuccess;
 9 }
10 });
11 t.Start();
12 Thread.Sleep(1000);
13 isStop = true;
14 t.Join();
15 Console.WriteLine("主线程执行结束！");
16 Console.ReadLine();
 

代码结论：使用volatile关键字进行修饰，解决共享资源的竞用问题。

三. 互锁

互锁结构（Interlocked类），常用的方法有：

* Increment：自增操作

* Decrement：自减操作

* Add： 增加指定的值

* Exchange： 赋值

* CompareExchange： 比较赋值

代码实践：

 1 {
 2 //1. 自增
 3 {
 4 int a = 1;
 5 Interlocked.Increment(ref a);
 6 Console.WriteLine("自增后的数据为:{0}", a);
 7 }
 8 //2. 自减
 9 {
10 int b = 2;
11 Interlocked.Decrement(ref b);
12 Console.WriteLine("自减后的数据为:{0}", b);
13 }
14 //3. 增加操作
15 {
16 int c = 3;
17 Interlocked.Add(ref c, 4);
18 Console.WriteLine("增加后的数据为:{0}", c);
19 
20 }
21 //4. 赋值操作
22 {
23 int d = 4;
24 Interlocked.Exchange(ref d, 55);
25 Console.WriteLine("赋值后的数据为:{0}", d);
26 
27 }
28 //5. 比较赋值
29 {
30 //Interlocked.CompareExchange(ref num1, sum, num2); // num1==num2 ; num1=sum;
31 int ee = 5;
32 Interlocked.CompareExchange(ref ee, 15, 5);
33 Console.WriteLine("比较赋值后的数据为:{0}", ee);
34 
35 Interlocked.CompareExchange(ref ee, 100, 15);
36 Console.WriteLine("比较赋值后的数据为:{0}", ee);
37 
38 }
39 
40 }

代码结果：

四. 旋转锁

旋转锁(SpinLock)， 特殊的业务逻辑让thread在用户模式下进行自选，欺骗cpu当前thread正在运行中。

SpinLock类有两个核心方法，分别是：Enter和Exit方法。

代码实践：

 1 {
 2 //下面代码的结果：num从0-249，且是有序的。
 3 //如果把旋转锁去掉，num将没有任何顺序
 4 for (int i = 0; i < 5; i++)
 5 {
 6 Task.Factory.StartNew(() =>
 7 {
 8 for (int j = 0; j < 50; j++)
 9 {
10 try
11 {
12 var b = false;
13 sl.Enter(ref b);
14 Console.WriteLine(num++);
15 }
16 catch (Exception ex)
17 {
18 Console.WriteLine(ex.Message);
19 }
20 finally
21 {
22 sl.Exit();
23 }
24 }
25 });
26 }
27 }

代码结果：下面代码的结果：num从0-249，且是有序的；如果将旋转锁的代码去掉，num的输出将没有任何顺序可言。