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)。

 

 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。

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。

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。
 

 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。

 [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。