C#多线程编程中的锁系统(三)

本章主要说下基于内核模式构造的线程同步方式,事件,信号量。

目录

一:理论
二:WaitHandle
三:AutoResetEvent
四:ManualResetEvent
五:总结

一:理论

我们晓得线程同步可分为,用户模式构造和内核模式构造。

内核模式构造:是由windows系统本身使用,内核对象进行调度协助的。内核对象是系统地址空间中的一个内存块,由系统创建维护。

  内核对象为内核所拥有,而不为进程所拥有,所以不同进程可以访问同一个内核对象, 如进程,线程,作业,事件,文件,信号量,互斥量等都是内核对象。

  而信号量,互斥体,事件是windows专门用来帮助我们进行线程同步的内核对象。

  对于线程同步操作来说,内核对象只有2个状态, 触发(终止,true)、未触发(非终止,false)。 未触发不可调度,触发可调度。

用户模式构造:是由特殊CPU指令来协调线程,上节讲的volatile实现就是一种,Interlocked也是。  也可称为非阻塞线程同步。

二:WaitHandle

在windows编程中,我们通过API创建一个内核对象后会返回一个句柄,句柄则是每个进程句柄表的索引,而后可以拿到内核对象的指针、掩码、标示等。

而WaitHandle抽象基类类作用是包装了一个windows内核对象的句柄。我们来看下其中一个WaitOne的函数源码(略精简)。

代码如下:

public virtual bool WaitOne(TimeSpan timeout)
        {
            return WaitOne(timeout, false);
        }

[System.Security.SecuritySafeCritical]  // auto-generated
        [SuppressMessage("Microsoft.Concurrency", "CA8001", Justification = "Reviewed for thread-safety.")]
        private bool WaitOne(long timeout, bool exitContext)
        {
            return InternalWaitOne(safeWaitHandle, timeout, hasThreadAffinity, exitContext);
        }
        [System.Security.SecurityCritical] 
        internal static bool InternalWaitOne(SafeHandle waitableSafeHandle, long millisecondsTimeout, bool hasThreadAffinity, bool exitContext)
        {
            Contract.EndContractBlock();
            int ret = WaitOneNative(waitableSafeHandle, (uint)millisecondsTimeout, hasThreadAffinity, exitContext);
           
            if (ret == WAIT_ABANDONED)
            {
                ThrowAbandonedMutexException();
            }
            return (ret != WaitTimeout);
        }
        //调用win32 waitforsingleobjectEx
        [System.Security.SecurityCritical]
        [ResourceExposure(ResourceScope.None)]
        [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.InternalCall)]
        private static extern int WaitOneNative(SafeHandle waitableSafeHandle, uint millisecondsTimeout, bool hasThreadAffinity, bool exitContext);

WaitAll 和WaitAny 调用win32中,waitformultipleobjectsEx函数。

SignalAndWaitOne 调用win32中,signalandwait函数。

调用api带ex都是设置超时的。 如果我们在c#中不传,默认是-1 表示无限期等待。

其中SafeWaitHandle字段,包含了一个win32内核对象句柄。

理解了WaitHandle其他都好办了,我们来看下它的派生类型。

代码如下:

WaitHandle
  |——EventWaitHandle                  事件构造。
    |——AutoResetEvent
    |——ManualResetEvent
  |——Semaphore                         信号量构造。
  |——Mutex                                 互斥体构造。

其中Semaphore和mutex第一章已经说过了,下面来看看其他的。

三:AutoResetEvent

使用示例如下,有简单注释。   关于描述,尽量贴近系统自身术语。

代码如下:

static void Main(string[] args)
        {
            //AutoResetEvent example
            //AutoResetEvent 通知正在等待的线程已发生的事件。
            AutoResetEvent waitHandler = new AutoResetEvent(false);//false 即非终止,未触发。
            new Thread(() =>
            {
                waitHandler.WaitOne();  //阻塞当前线程,等待底层内核对象收到信号。
                Console.WriteLine("接收到信号,开始处理。");

}).Start();
            new Thread(() =>
            {
                Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("发信号");
                waitHandler.Set();    //向内核对象发送信号。设置事件对象为非终止状态、false,解除阻塞。

}).Start();
            //waitHandler.Close(); //释放句柄资源。
            //waitHandler.Reset();  //手动设置事件为非终止状态、false,线程阻止。
            Console.ReadLine();
        }

WaitOne 阻塞线程,非自旋。

Set()   发出一个信号后,设置事件状态为false。  这本应该是2步的操作,AutoResetEvent.set()函数,给2步一起自动做了,很方便。

四:ManualResetEvent

这个和上面基本一样,从字面来说需要手动重置状态,我们来看例子。
 

代码如下:

ManualResetEvent manualWaitHandler = new ManualResetEvent(false);//false 即非终止,未触发。
            new Thread(() =>
            {
                manualWaitHandler.WaitOne();  //阻塞当前线程对象,等待信号。
                Console.WriteLine("接收到信号,开始处理。");

manualWaitHandler.Reset();  //手动 设置事件对象状态为非终止状态,false。
                manualWaitHandler.WaitOne();  //这里直接阻塞等待无效,因为事件对象还是true,必须手动调reset。
                Console.WriteLine("第二次接收到信号,开始处理。");

}).Start();
            new Thread(() =>
            {
                Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("发信号");
                manualWaitHandler.Set();    //向事件对象发送ok信号。。

Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("第二次发信号");
                manualWaitHandler.Set();
            }).Start();
            Console.ReadLine();

这2则区别很小,其实是系统Api的区分,不是net类库实现的。

在Win32Native类中,我可以看到KERNEL32 api 有这么个参数isManualReset。

代码如下:

[DllImport(KERNEL32, SetLastError=true, CharSet=CharSet.Auto, BestFitMapping=false)]
        [ResourceExposure(ResourceScope.Machine)] // Machine or none based on the value of "name"
        internal static extern SafeWaitHandle CreateEvent(SECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, bool isManualReset, bool initialState, String name);

五:总结

基于内核模式构造的同步步骤是:   托管代码->用户模式代码->内核模式代码。

用户模式构造, 是利用CPU特殊指令,进行原子操作。

用户模式代码,如图。 是指  托管代码调用 win32代码 这一层,   之后在调内核模式代码。

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