.NET 中的锁定（监视器）内部实现

Posted 2023-02-19

【中文标题】.NET 中的锁定（监视器）内部实现

【英文标题】：Lock (Monitor) internal implementation in .NET

【发布时间】：2011-07-03 23:08:01

【问题描述】：

要掌握某些技术，您必须知道它是如何在更低的抽象级别上实现的。在多线程编程的情况下，最好了解同步原语。 这是一个问题，如何在 .NET 中实现 Lock (Monitor)？

我对这些方面很感兴趣： - 它是否使用操作系统对象？; - 它需要用户模式还是内核模式？; - 等待锁定的线程的开销是多少？; - 在什么情况下，等待锁的线程队列可能会被违反？

更新： “如果多个线程争用锁，它们将在“就绪队列”中排队，并按照先到先得的原则授予锁。注意：Windows 和 CLR 行为中的细微差别意味着队列的公平性有时会被违反。”[C# 4.0 in a Nutshell, Joseph Albahari] 所以这就是我在最后一个关于“违反队列”的问题中要问的问题。

【问题讨论】：

不，用户，无论获取锁需要多长时间，都不知道“违规队列”是什么样的。试着提出一个更好的问题。

如果我没记错的话，它会尝试旋转一段时间，如果这不起作用，它会返回内核。因此，如果锁不被争用，它会相当便宜，但对于高锁争用，它可能会变得更加昂贵。

此行为看起来与 Windows 中的关键部分相同。这是否意味着关键部分在后台使用？

【参考方案1】：

Wikipedia article 很好地描述了“监视器”是什么，以及它的底层技术条件变量。

请注意，.NET Monitor 是条件变量的正确实现；大多数已发布的 CV 的 Win32 实现都是不正确的，即使是在通常有信誉的来源（如 Dobbs 博士）中找到的也是如此。这是因为简历cannot easily be built from the existing Win32 synchronization primitives。

.NET CV 实现不是仅仅在 Win32 原语上构建一个浅层（且不正确）的包装器，而是利用它位于 .NET 平台上的事实，实现自己的等待队列等。

【讨论】：

在 .NET 4.0 中它更加正确。如果在Monitor.Enter 之后出现异常，则有可能使锁保持“卡住”（参见***.com/questions/2837070/…）

如果您想在 Win32 中使用条件变量，请使用随 Windows V6 (Vista/2008) 引入的操作系统实现：msdn.microsoft.com/en-gb/library/ms682052(VS.85).aspx

@Richard：感谢您的提示！我不知道他们在 Win32 级别引入了这个。

你的***链接没有回答任何问题，问题的最重要部分是内核与用户模式......那篇文章是另一个聪明的聪明点

【参考方案2】：

经过一些调查，我找到了问题的答案。一般来说，CodeInChaos 和 Henk Holterman 是对的，但这里有一些细节。

当线程首先开始与其他线程竞争锁时，它会旋转等待循环一段时间以尝试获取锁。所有这些操作都在用户模式中执行。然后如果没有成功的操作系统内核对象Event 创建，线程切换到内核模式 并等待来自这个Event 的信号。

所以回答我的问题是： 1. 在更好的情况下不，但在更糟糕的情况下是（Event 对象在需要时懒惰地创建）； 2. 一般在用户模式下工作，但如果线程竞争锁的时间过长，线程可以切换到内核模式（通过Win API非托管函数调用）； 3. 从用户模式切换到内核模式的开销（约 1000 个 CPU 周期）； 4. 微软声称它是像 FIFO 一样的“诚实”算法，但它不保证这一点。 （例如，如果来自“等待队列”的线程将被挂起，它将在恢复时移动到队列的末尾。）

【讨论】：

您能发布任何研究资料吗？那会很有帮助

我想看看1和2语句的详细解释。我想知道 .NET 何时决定在 Monitor 实现中进入内核模式

这在 Clr Via C# 中有详细讨论，Jeffrey Richter 称其为“混合锁”。在用户模式下，监视器旋转并与其他线程竞争（因为它们没有被阻塞），一旦它们被提升为内核模式锁，它们就会被阻塞，从而释放周期。