C# 多线程锁之ReaderWriterLockSlim

Posted 2021-11-22 greenleaves

1、简介

.NET 3.5 开始 ReaderWriterLockSlim登上舞台，ReaderWriterLockSlim 可以看做是 ReaderWriterLock 的升级版。 由于 ReaderWriterLockSlim 默认不支持递归调用、所以在某种意义上来说更不容易造成死锁。
ReaderWriterLockSlim 类支持三种锁定模式：Read，Write，UpgradeableRead。这三种模式对应的方法分别是 EnterReadLock，EnterWriteLock，EnterUpgradeableReadLock 。再就是与此对应的 TryEnterReadLock，TryEnterWriteLock，TryEnterUpgradeableReadLock，ExitReadLock，ExitWriteLock，ExitUpgradeableReadLock。Read 和 Writer 锁定模式比较简单易懂：Read 模式是典型的共享锁定模式，任意数量的线程都可以在该模式下同时获得锁；Writer 模式则是互斥模式，在该模式下只允许一个线程进入该锁。UpgradeableRead 锁定模式可能对于大多数人来说比较新鲜，但是在数据库领域却众所周知。

1、对于同一把锁、多个线程可同时进入读模式。
2、对于同一把锁、同时只允许一个线程进入写模式。
3、对于同一把锁、同时只允许一个线程进入可升级的读模式。
4、通过默认构造函数创建的读写锁是不支持递归的，若想支持递归 可通过构造 ReaderWriterLockSlim(LockRecursionPolicy) 创建实例。
5、对于同一把锁、同一线程不可两次进入同一锁状态（开启递归后可以）
6、对于同一把锁、即便开启了递归、也不可以在进入读模式后再次进入写模式或者可升级的读模式（在这之前必须退出读模式）。
7、再次强调、不建议启用递归。
8、读写锁具有线程关联性，即两个线程间拥有的锁的状态相互独立不受影响、并且不能相互修改其锁的状态。
9、升级状态：在进入可升级的读模式 EnterUpgradeableReadLock后，可在恰当时间点通过EnterWriteLock进入写模式。
10、降级状态：可升级的读模式可以降级为读模式：即在进入可升级的读模式EnterUpgradeableReadLock后， 通过首先调用读取模式EnterReadLock方法，然后再调用 ExitUpgradeableReadLock 方法。

这段简介来自https://www.cnblogs.com/majiang/p/8133979.html,来自一个前辈的文章,总结的很好,而且有源码解析,有兴趣的可以观看,通过这段话结合MSDN关于ReaderWriterLockSlim的介绍,能大致得知道ReaderWriterLockSlim得用处,在多线程并发操作共享资源时,很有用处.

 

2、通过ReaderWriterLockSlim封装一个同步缓存实例

下面时MS提供的封装,我做了略微的修改,添加了一些注释,使API更能看懂,代码如下:

 public class SynchronizedCache
    {
        private ReaderWriterLockSlim cacheLock = new ReaderWriterLockSlim();

        /// <summary>
        /// 同步缓存块维护的数据资源
        /// </summary>
        private Dictionary<int, string> innerCache = new Dictionary<int, string>();

        /// <summary>
        /// 同步缓存块维护的数据资源长度
        /// </summary>
        public int Count
        {
            get { return innerCache.Count; }
        }

        /// <summary>
        /// 线程安全的添加操作
        /// </summary>
        /// <param name="key"></param>
        /// <param name="value"></param>
        public void Add(int key,string value)
        {
            //尝试进入写入模式锁定状态
            cacheLock.EnterWriteLock();
            try
            {
                innerCache.Add(key, value);
            }
            finally
            {
                //退出写入模式锁定状态
                cacheLock.ExitWriteLock();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 带锁超时的添加的操作
        /// </summary>
        /// <param name="key"></param>
        /// <param name="value"></param>
        /// <param name="timeout"></param>
        /// <returns></returns>
        public bool AddWithTimeout(int key, string value, int timeout)
        {
            if (cacheLock.TryEnterWriteLock(timeout))
            {
                try
                {
                    innerCache.Add(key, value);
                }
                finally
                {
                    cacheLock.ExitWriteLock();
                }
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 线程安全的读取操作
        /// </summary>
        /// <param name="key"></param>
        /// <returns></returns>
        public string Read(int key)
        {
            cacheLock.EnterReadLock();
            try
            {
                return innerCache[key];
            }
            finally
            {
                cacheLock.ExitReadLock();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 线程安全的添加修改操作
        /// </summary>
        /// <param name="key"></param>
        /// <param name="value"></param>
        /// <returns></returns>
        public AddOrUpdateStatus AddOrUpdate(int key, string value)
        {
            cacheLock.EnterUpgradeableReadLock();
            try
            {
                string result = null;
                if (innerCache.TryGetValue(key, out result))
                {
                    if (result == value)
                    {
                        return AddOrUpdateStatus.Unchanged;
                    }
                    else
                    {
                        cacheLock.EnterWriteLock();
                        try
                        {
                            innerCache[key] = value;
                        }
                        finally
                        {
                            cacheLock.ExitWriteLock();
                        }
                        return AddOrUpdateStatus.Updated;
                    }
                }
                else
                {
                    cacheLock.EnterWriteLock();
                    try
                    {
                        innerCache.Add(key, value);
                    }
                    finally
                    {
                        cacheLock.ExitWriteLock();
                    }
                    return AddOrUpdateStatus.Added;
                }
            }
            finally
            {
                cacheLock.ExitUpgradeableReadLock();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 线程安全的删除操作
        /// </summary>
        /// <param name="key"></param>
        public void Delete(int key)
        {
            cacheLock.EnterWriteLock();
            try
            {
                innerCache.Remove(key);
            }
            finally
            {
                cacheLock.ExitWriteLock();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 添加或修改时产生的状态
        /// </summary>
        public enum AddOrUpdateStatus
        {
            Added,
            Updated,
            Unchanged
        };

        /// <summary>
        /// 析构 释放资源
        /// </summary>
        ~SynchronizedCache()
        {
            if (cacheLock != null) cacheLock.Dispose();
        }
    }

下面时使用案列代码如下:

  var lockCache = new SynchronizedCache();
            var tasks = new List<Task>();//模拟线程集合

            //注入写入内容线程
            tasks.Add(Task.Run(() => {
                var list = new List<string> {"钟","声","响","起","归","家","的","讯","号"};
                var listCount = list.Count;
                for (var i = 0; i < listCount; i++)
                {
                    lockCache.Add(i, list[i]);
                }
                Console.WriteLine($"Task {Task.CurrentId} wrote {listCount} items\\n");
            }));

            //注入两个读线程,一个正向遍历同步缓存块维护的数据资源一个逆向遍历同步缓存块维护的数据资源
            //由于读线程可能在写线程之前执行,所以输入内容时可能为空
            for (var i = 0; i <= 1; i++)
            {
                var flag = Convert.ToBoolean(i);
                tasks.Add(Task.Run(() =>
                {
                    int startIndex, lastIndex, step;//开始、结束索引、递增指数
                    string outPut=string.Empty;//输出
                    int items;//线程执行顺序可能不同,所以个参数用于判断在执行读取操作时,上面的写入线程是否执行完毕
                    do
                    {
                        items = lockCache.Count;
                        //正向遍历
                        if (!flag)
                        {
                            startIndex = 0;
                            lastIndex = items;
                            step = 1;
                        }
                        //反向遍历
                        else
                        {
                            startIndex = items - 1;
                            lastIndex = 0;
                            step = -1;
                        }
                        for (var j = startIndex; flag ? j >= lastIndex : j < lastIndex; j += step)
                        {
                            outPut += $"{lockCache.Read(j)} ";
                        }
                        Console.WriteLine($"Task {Task.CurrentId} read {items} items: {outPut}\\n"); 
                    } while (lockCache.Count == 0 | items< lockCache.Count);
                }));
            }

            //注入一个线程去修改数据
            tasks.Add(Task.Run(() => {
                Thread.Sleep(100);//强制当前线程休息,防止写入数据线程还没有执行完毕,就去更新了数据
                for (int ctr =0; ctr < lockCache.Count; ctr++)
                {
                    string value = lockCache.Read(ctr);
                    if (value == "家")
                        if (lockCache.AddOrUpdate(ctr, "Home") != SynchronizedCache.AddOrUpdateStatus.Unchanged)
                            Console.WriteLine("Changed ‘家‘ to ‘Home‘");
                }
            }));

            Task.WhenAll(tasks).ContinueWith(task =>
            {
                Console.WriteLine();
                Console.WriteLine("Values in synchronized cache: ");
                for (int ctr = 0; ctr < lockCache.Count; ctr++)
                    Console.WriteLine("   {0}: {1}", ctr, lockCache.Read(ctr));
            });
            
            Console.ReadKey();

调用完毕,有点ConncurrentDictionary的味道,还没看它的代码,接下去的随笔会分析,对比下两种方式的差距.