第十一節：深究用戶模式鎖的使用場景(異變結構、互鎖、旋轉鎖)

一. 鎖機制的背景介紹

　　本章節，將結合多線程來介紹鎖機制， 那麼問題來了，什麼是鎖呢？ 爲何須要鎖？ 爲何要結合多線程來介紹鎖呢？鎖的使用場景又是什麼呢？ DotNet中又有哪些鎖呢？

　　在接下來的幾個章節中，將陸續解答這些問題。

PS：

　　多個線程對一個共享資源進行使用的時候，會出問題, 好比實際的業務場景，入庫和出庫操做同時進行，庫存量就會存在併發問題。因此鎖就是用來解決多線程資源競用的問題。

　　Net領域中，鎖機制很是多，好比：時間鎖、信號量、互斥鎖、讀寫鎖、互鎖、異變結構，主要咱們能夠把他們劃分爲三大類：

　　　　①.用戶模式鎖：就是經過一些cpu指令或者一個死循環,來達到達到線程的等待和休眠。
　　　　②.內核模式鎖：就是調用win32底層的代碼，來實現thread的各類操做。
　　　　③.混合鎖：用戶模式+內核模式

　　其中用戶模式鎖又分爲這麼幾類：異變結構、互鎖和旋轉鎖。

二. 異變結構

背景：一個線程讀，一個線程寫，在release模式下會出現bug，致使主線程沒法執行，緣由在前面章節已經介紹過了。

　　方式一：利用MemoryBarrier方法進行處理 。（前面章節已介紹）

　　方式二：利用VolatileRead/Write方法進行處理。 (前面章節已介紹)

　　方式三：volatile關鍵字進行處理，個人read和write都是從memrory中讀取，讀取的都是最新的。（下面的案例使用volatile關鍵字後，主線程能夠執行）

 代碼實踐：

 1             public static volatile bool isStop = false;
 2                 //使用Volatile關鍵字處理        
 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("主線程執行結束！");
16                 Console.ReadLine();
 

代碼結論：使用volatile關鍵字進行修飾，解決共享資源的競用問題。

三. 互鎖

　　互鎖結構（Interlocked類），經常使用的方法有：

　　　　* Increment：自增操做

　　　　* Decrement：自減操做

　　　　* Add： 增長指定的值

　　　　* Exchange： 賦值

　　　　* CompareExchange： 比較賦值

 代碼實踐：

 1             {
 2                 //1. 自增
 3                 {
 4                     int a = 1;
 5                     Interlocked.Increment(ref a);
 6                     Console.WriteLine("自增後的數據爲:{0}", a);
 7                 }
 8                 //2. 自減
 9                 {
10                     int b = 2;
11                     Interlocked.Decrement(ref b);
12                     Console.WriteLine("自減後的數據爲:{0}", b);
13                 }
14                 //3. 增長操做
15                 {
16                     int c = 3;
17                     Interlocked.Add(ref c, 4);
18                     Console.WriteLine("增長後的數據爲:{0}", c);
19 
20                 }
21                 //4. 賦值操做
22                 {
23                     int d = 4;
24                     Interlocked.Exchange(ref d, 55);
25                     Console.WriteLine("賦值後的數據爲:{0}", d);
26 
27                 }
28                 //5. 比較賦值
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("比較賦值後的數據爲:{0}", ee);
34 
35                     Interlocked.CompareExchange(ref ee, 100, 15);
36                     Console.WriteLine("比較賦值後的數據爲:{0}", ee);
37 
38                 }
39 
40             }

代碼結果：

 

四. 旋轉鎖

　　旋轉鎖(SpinLock)， 特殊的業務邏輯讓thread在用戶模式下進行自選，欺騙cpu當前thread正在運行中。

 　　SpinLock類有兩個核心方法，分別是：Enter和Exit方法。

 代碼實踐：

 1             {
 2                 //下面代碼的結果：num從0-249，且是有序的。
 3                 //若是把旋轉鎖去掉，num將沒有任何順序
 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             }

代碼結果：下面代碼的結果：num從0-249，且是有序的；若是將旋轉鎖的代碼去掉，num的輸出將沒有任何順序可言。