c#线程初探（二）

继续上一篇c#线程初探（一），这里介绍线程同步的常见概念和注意事项。
3、同步
使用线程的一个重要方面是同步访问多个线程访问的任何变量。
（1）、“同步”：所谓同步，是指在某一时刻只有一个线程可以访问变量。
同步问题只会发生在下述场景：至少有一个线程要写入一个变量，而与此同时，其他线程正在读取或者写入同一个变量。这和大学课程《操作系统》教的线程同步是一个道理。
c#为同步访问变量提供了一种非常简单的方式，即使用关键字lock。Code is cheap.举例来说，在“保证一个类仅有一个实例：单例模式”就已经用了这种方式：

using System;
using System.Threading;
/// <summary>
/// Singleton 
/// </summary>
public class WindowsTaskManager
{
    private static WindowsTaskManager wtm;
    private static readonly object syncRoot = new object();// 程序运行时创建一个静态只读的进程辅助对象
    private WindowsTaskManager()
    {
    }
    public static WindowsTaskManager CreateSingleWtm()
    {
        lock (syncRoot) //lock 同步访问变量
        {
            if (wtm == null)
            {
                wtm = new WindowsTaskManager();
            }
        }
        return wtm;
    }
}

lock语句把变量放在括号中，以包装对象，被称为独占锁或者排它锁。当执行带有lock关键字的复合语句时，独占锁会保留下来。当变量被包装在独占锁中时，其他线程就不能访问该变量。如果在上面代码中使用独占锁，在执行复合语句时，这个线程就会失去其“时间片”。如果下一个获得时间片的线程试图访问变量syncRoot，就会被拒绝。Windows会让其他线程处于睡眠状态，直到解除了独占锁为止。
PS：上述代码中，我们lock的是一个object对象，对于string这个特殊类型的对象，我们一定要慎用。比如下面的代码：

   class LockTestOne
    {
        private string strSync = "";
        public void DoSomething()
        {
            lock (strSync)
            {
                //do something
            }
        }
    }

    class LockTestTwo
    {
        private string strSync2 = "";
        public void DoSomething2()
        {
            lock (strSync2)
            {
                //do something
            }
        }
    }

本来，LockTestOne和LockTestOne2类中各自的方法一点关系没有，但在这里，DoSomething2方法执行时，若另一个线程在执行DoSomething方法，那它得等待！两个变量(strSync和strSync2)都是在编译时赋值为""(空字符串)，.NET会让这两个变量指向同一个拘留池的对象（strSync和strSync2在拘留池中。）。于是，两个lock看似lock两个毫不相干的对象，但其实是在lock同一个对象。所以，准确的讲，我们不要lock拘留池中的字符串。
（2）同步引起的问题：死锁（dead lock）和竞态条件(race condition)
线程同步非常重要，但是要慎用，因为这会降低性能。原因有两个，首先，在对象上放置和解开锁会带来某些系统开销。第二个原因更重要，线程使用的越多，等待释放对象的线程就越多。如果一个线程在对象上放置了一个锁，需要访问该对象的其他线程就只能暂停执行，直到该锁被解开才能继续执行。因此，在lock块内编写的代码越少越好，以免出现线程同步错误。lock语句某种意义上就是临时禁用应用程序的多线程功能，也就删除了多线程的各种优势。
使用线程同步有潜在的危险，主要表现就是死锁和竞态条件。
a、死锁：死锁是一个错误，在两个线程都需要访问该被互锁的资源时发生。比如下面的代码：

        /* 线程1运行如下代码 */
        //a和b是两个线程都可以访问的对象引用
        lock (a)
        {
            //do something
            lock (b)
            {
                //do something
            }
        }

        /* 线程2运行如下代码 */
        lock (b)
        {
            //do something
            lock (a)
            {
                //do something
            }
        }

在上面代码中，根据线程1和线程2遇到不同语句的时间，可能会出现下述情况：线程1在a上加锁，同时线程2在b上加锁。不久，线程1开始遇到lock(b)语句，立即进入睡眠状态，等待b上的锁被释放。之后，第二个线程遇到lock(a)语句，也立即进入睡眠状态，等待a上的锁被释放。但是，a上的锁永远不会解开，因为线程1拥有这个锁，目前正处于睡眠状态，在b上的锁被解开前是不会“醒过来”的。而在线程2被叫醒之前，b上的锁不会解开，这样线程1和线程2就互相等待对方释放资源（最后就耗上了），这样就形成一个死锁。
解决死锁的方法：让这两个线程以相同的顺序在对象上声明加锁。正确的代码如下：

       /* 线程1运行如下代码 */
        //a和b是两个线程都可以访问的对象引用
        lock (a)
        {
            //do something
            lock (b)
            {
                //do something
            }
        }

        /* 线程2运行如下代码 (对a和b加锁顺序和线程1一样)*/
        lock (a)
        {
            //do something
            lock (b)
            {
                //do something
            }
        }

b、竞态条件
竞态条件比死锁更微妙。它很少中断进程的执行，但可能导致数据损坏。当几个线程视图访问同一个数据，但没有考虑其他线程的执行情况时，就会发生竞态条件。
注：关于竞态条件不是一两句话就可以说的清楚的，读者可以参考相关资料，大学教材《操作系统》有详细讲解，这里不在赘述了。