信用卡获客渠道创新:多线程中的lock,Monitor.Wait和Monitor.Pulse
来源:百度文库 编辑:偶看新闻 时间:2024/05/04 14:40:12
也有朋友有些疑点,“用lock就不要用monitor了”,“Monitor.Wait完全没必要”,“为什么Pulse和Wait方法必须从同步的代码块内调用?”
这些疑问很自然。在大部分情况下,lock确实能基本达到我们要求资源同步的目的,加上配合其他同步工具,比如事件(AutoResetEvent)等的应用,日常工作中确实没有太多机会需要用到Monitor.Wait和Pulse。不过,虽然较少机会用到,事实上Wait和Pulse跟lock完全不是一回事。他们提供了更细腻的同步功能,能达到lock作不来的功能。
为更好的回答和解释这些疑问,该帖将首先介绍Wait和Pulse的用途,通过一个简单例子逐条分析同步的过程;然后提供一个用轻量级的lock,Wait和Pulse来实现一个事件通知的实例;最后谈谈DotNet4对lock编译展开的一点有趣变化。
朋友们的原贴可以在随后的注释中找到链接。
- gomoku
- (IDynamicObject)
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释放对象上的锁并阻止当前线程,直到它重新获取该锁。...
该解释的确很粗糙,很难理解。让我们来看看它下面的备注:
同步的对象包含若干引用,其中包括对当前拥有锁的线程的引用、对就绪队列的引用和对等待队列的引用。
这个多少还给了点东西,现在我们脑海中想像这么一幅图画:
- Assembly code
|- 拥有锁的线程lockObj->|- 就绪队列(ready queue) |- 等待队列(wait queue)
为了其他的同步目的,占有同步对象的线程也可以暂时放弃同步对象,并把自己流放到等待队列中去。这就是Monitor.Wait。由于该线程放弃了同步对象,其他在就绪队列的排队者就可以进而拥有同步对象。
比起就绪队列来说,在等待队列中排队的线程更像是二等公民:他们不能自动得到同步对象,甚至不能自动升舱到就绪队列。而Monitor.Pulse的作用就是开一次门,使得一个正在等待队列中的线程升舱到就绪队列;相应的Monitor.PulseAll则打开门放所有等待队列中的线程到就绪队列。
比如下面的程序:
- C# code
class Program{ static void Main(string[] args) { new Thread(A).Start(); new Thread(B).Start(); new Thread(C).Start(); Console.ReadLine(); } static object lockObj = new object(); static void A() { lock (lockObj) //进入就绪队列 { Thread.Sleep(1000); Monitor.Pulse(lockObj); Monitor.Wait(lockObj); //自我流放到等待队列 } Console.WriteLine("A exit..."); } static void B() { Thread.Sleep(500); lock (lockObj) //进入就绪队列 { Monitor.Pulse(lockObj); } Console.WriteLine("B exit..."); } static void C() { Thread.Sleep(800); lock (lockObj) //进入就绪队列 { } Console.WriteLine("C exit..."); }}
从时间线上来分析:
- Assembly code
T 线程A0 lock( lockObj )1 {2 //... 线程B 线程C3 //... lock( lockObj ) lock( lockObj )4 //... { {5 //... //...6 //... //...7 Monitor.Pulse //...8 Monitor.Wait //...9 //... Monitor.Pulse10 //... } }11 }时间点0,假设线程A先得到了同步对象,它就登记到同步对象lockObj的“拥有者引用”中。时间点3,线程B和C要求拥有同步对象,他们将在“就绪队列”排队: |--(拥有锁的线程) A |3 lockObj--|--(就绪队列) B,C | |--(等待队列)时间点7,线程A用Pulse发出信号,允许第一个正在"等待队列"中的线程进入到”就绪队列“。但由于就绪队列是空的,什么事也没有发生。时间点8,线程A用Wait放弃同步对象,并把自己放入"等待队列"。B,C已经在就绪队列中,因此其中的一个得以获得同步对象(假定是B)。B成了同步对象的拥有者。C现在还是候补委员,可以自动获得空缺。而A则被关在门外,不能自动获得空缺。 |--(拥有锁的线程) B |8 lockObj--|--(就绪队列) C | |--(等待队列) A时间点9,线程B用Pulse发出信号开门,第一个被关在门外的A被允许放入到就绪队列,现在C和A都成了候补委员,一旦同步对象空闲,都有机会得它。 |--(拥有锁的线程) B |9 lockObj--|--(就绪队列) C,A | |--(等待队列)时间点10,线程B退出Lock区块,同步对象闲置,就绪队列队列中的C或A就可以转正为拥有者(假设C得到了同步对象)。 |--(拥有锁的线程) C |10 lockObj--|--(就绪队列) A | |--(等待队列)随后C也退出Lock区块,同步对象闲置,A就重新得到了同步对象,并从Monitor.Wait中返回...最终的执行结果就是:B exit...C exit...A exit...
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- C# code
class MyManualEvent{ private object lockObj = new object(); private bool hasSet = false; public void Set() { lock (lockObj) { hasSet = true; Monitor.PulseAll(lockObj); } } public void WaitOne() { lock (lockObj) { while (!hasSet) { Monitor.Wait(lockObj); } } }}class Program{ static MyManualEvent myManualEvent = new MyManualEvent(); static void Main(string[] args) { ThreadPool.QueueUserWorkItem(WorkerThread, "A"); ThreadPool.QueueUserWorkItem(WorkerThread, "B"); Console.WriteLine("Press enter to signal the green light"); Console.ReadLine(); myManualEvent.Set(); ThreadPool.QueueUserWorkItem(WorkerThread, "C"); Console.ReadLine(); } static void WorkerThread(object state) { myManualEvent.WaitOne(); Console.WriteLine("Thread {0} got the green light...", state); }}
我们看到了该玩具MyManualEvent实现了类库中的ManulaResetEvent的功能,但却更加的轻便 - 类库的ManulaResetEvent使用了操作系统内核事件机制,负担比较大(不算竞态时间,ManulaResetEvent是微秒级,而lock是几十纳秒级)。
例子的WaitOne中先在lock的保护下判断是否信号绿灯,如果不是则进入等待。因此可以有多个线程(比如例子中的AB)在等待队列中排队。
当调用Set的时候,在lock的保护下信号转绿,并使用PulseAll开门放狗,将所有排在等待队列中的线程放入就绪队列,A或B(比如A)于是可以重新获得同步对象,从Monitor.Wait退出,并随即退出lock区块,WaitOne返回。随后B或A(比如B)重复相同故事,并从WaitOne返回。
线程C在myManualEvent.Set()后才执行,它在WaitOne中确信信号灯早已转绿,于是可以立刻返回并得以执行随后的命令。
该玩具MyManualEvent可以用在需要等待初始化的场合,比如多个工作线程都必须等到初始化完成后,接到OK信号后才能开工。该玩具MyManualEvent比起ManulaResetEvent有很多局限,比如不能跨进程使用,但它演示了通过基本的Monitor命令组合,达到事件机的作用。
现在是回答朋友们的疑问的时候了:
Q: Lock关键字不是有获取锁、释放锁的功能... 为什么还需要执行Pulse?
A: 因为Wait和Pulse另有用途。
Q: 用lock 就不要用monitor了(?)
A: lock只是Monitor.Enter和Monitor.Exit,用Monitor的方法,不仅能用Wait,还可以用带超时的Monitor.Enter重载。
Q: Monitor.Wait完全没必要 (?)
A: Wait和Pulse另有用途。
Q: 什么Pulse和Wait方法必须从同步的代码块内调用?
A: 因为Wait的本意就是“[暂时]释放对象上的锁并阻止当前线程,直到它重新获取该锁”,没有获得就谈不到释放。
我们知道lock实际上一个语法糖糖,C#编译器实际上把他展开为Monitor.Enter和Monitor.Exit,即:
- C# code
lock(lockObj){ //...}////相当于(.Net4以前):Monitor.Enter(lockObj);try{ //...}finally{ Monitor.Exit(lockObj);}
但是,这种实现逻辑至少理论上有一个错误:当Monitor.Enter(lockObj);刚刚完成,还没有进入try区的时候,有可能从其他线程发出了Thread.Abort等命令,使得该线程没有机会进入try...finally。也就是说lockObj没有办法得到释放,有可能造成程序死锁。这也是Thread.Abort一般被认为是邪恶的原因之一。
DotNet4开始,增加了Monitor.Enter(object,ref bool)重载。而C#编译器会把lock展开为更安全的Monitor.Enter(object,ref bool)和Monitor.Exit:
- C# code
lock(lockObj){ //...}////相当于(DotNet 4):bool lockTaken = false;try{ Monitor.Enter(lockObj,ref lockTaken); //}finally{ if (lockTaken) Monitor.Exit(lockObj);}
现在Monitor.TryEnter在try的保护下,“加锁”成功意味着“放锁”将得到finally的保护。
注释和引用:
Monitor.Wait 方法
http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/79fkfcw1.aspx
Monitor.TryEnter 方法
http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/dd289679.aspx
请问,多线程Monitor类
http://topic.csdn.net/u/20111206/15/744c70de-49dc-4694-a09e-180438d7f8f0.html
请问,这个关于多线程的代码不懂
http://topic.csdn.net/u/20111208/23/64671dd4-7fdc-4d76-b3b9-1fd18087e6e0.html
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- awayy1432
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学习了.
以前就用Monitor.Wait 实现对于大量线程的阻塞 达到暂停效果
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今天回答线程问题的时候,让我有写总结的冲动,我实在是很懒。
gomoku 写了这篇文章真的是太好了。
“朋友们的疑问”那天看到的时候,真的有些无奈,那些回答会对提问者有误导。
还请楼下的朋友们不要无意义回复。想收藏可以点文章标题右侧的收藏。
同时也请gomoku把帖子挪到asp.net版,好让我有编辑的权限。
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- C# code
static object lockObj = new object();static void A(){ lock (lockObj) //进入就绪队列 { //因为A所在的线程Priority高,所以会先进来 Console.WriteLine("Into A lock block"); Thread.Sleep(1000); //这里调用了Monitor.Pulse(lockObj),会通知lockObj的等待队列 //但现在lockObj的等待队列没有线程在等待,所以通知不被处理 Monitor.Pulse(lockObj); //自我流放到等待队列 Monitor.Wait(lockObj);//同时此线程在此停止 //线程此时的状态是WaitSleepJoin //虽然在Monitor.Wait之前有Monitor.Pulse通知等待队列,但是过期无效。 //无论之前有多少个Monitor.Pulse //本线程在等待队列后接受到Monitor.Pulse的通知时,线程回到就绪队列 //从就绪队列中出来的时候,线程在此恢复 } Console.WriteLine("A exit...");}static void B(){ lock (lockObj) //进入就绪队列 { //B和C都在就绪队列,因为B所在的线程Priority比C高,所以会先进来 Console.WriteLine("Into B lock block"); //这里调用了Monitor.Pulse(lockObj),会通知lockObj的等待队列 //于此同时,A 已经在等待队列了 Monitor.Pulse(lockObj); Console.WriteLine("B Call Pulse"); } Console.WriteLine("B lock block exit..."); Thread.Sleep(1); Console.WriteLine("B exit...");}static void C(){ //如果CPU是低负载理想的情况,此时的就绪队列中会有两个线程 //除了C还有接收到信号的A,C排在前面理想情况会先进来 但不是绝对,有时会是A lock (lockObj) //进入就绪队列 { Console.WriteLine("Into C lock block"); } Console.WriteLine("C exit...");}static void Main(string[] args){ //设置Priority,确保按代码顺序执行 Thread a = new Thread(A); a.Priority = ThreadPriority.Highest; a.Start(); Thread b = new Thread(B); b.Priority = ThreadPriority.Normal; b.Start(); Thread c = new Thread(C); c.Priority = ThreadPriority.Lowest; c.Start(); Console.ReadLine();}
最后输出的三句话
C exit...
B exit...
A exit...
顺序不是固定的,而是要结合CPU等系统资源的调配
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lz只是假设A先得到lock
非常棒的技术贴,mark
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不过你把顺序搞反了吧,monitor是win32的概念,而lock是c#的语法
应该是先有monitor再有lock
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Monitor.Enter等待时间如果很长,也是会进入内核态的,它对应的是win32的CRITICAL_SECTION结构。但是Monitor.Wait对应哪个win32 api我没找到,或者它是.net新创了一个以前win32所没有的东西,我怀疑Monitor.Wait也会进入内核态,在这点上和WaitHandle实质相同。
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- gomoku
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1、是有关开销:
(不算竞态时间,ManulaResetEvent是微秒级,而lock是几十纳秒级)。注:非竞态下的比较不能算公平;而多线程下却很难进行比较,特别是掺杂了系统调度的因素和线程切换的开销。
2、是有关lock的编译展开:
DotNet4开始,增加了Monitor.Enter(object,ref bool)重载。而C#编译器会把lock展开为更安全的Monitor.Enter(object,ref bool)和Monitor.Exit:
- C# code
lock(lockObj){ //...}////相当于(DotNet 4):bool lockTaken = false;try{ Monitor.Enter(lockObj,ref lockTaken); //}finally{ if (lockTaken) Monitor.Exit(lockObj);}
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- (lizhibin11)
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http://www.cnblogs.com/cn_wpf/archive/2007/07/20/825059.html
其中一条评论:
“internal call的实现在CLR的虚拟机实现(sscli20\clr\src\vm)里, 但不仅仅是这个文件夹, clr\src中除了bcl文件夹都不是托管代码
Monitor.Wait的实现->Monitor.ObjWait是个internal call方法, 可以在ecall.h中搜索到FCFuncElement("ObjWait", ObjectNative::WaitTimeout), 所以其实它其实是调用了ObjectNative::WaitTimeout, 找到这个函数实现往下挖X层之后你就能在synch.cpp里找到的CLREventWaitHelper函数中找到Win32API的调用:WaitForSingleObjectEx”
AutoResetEvent实际调用的也是WaitForSingleObject,那么想象一下,如果Monitor.Wait和AutoResetEvent真的有所区别的话,也许Monitor.Wait会在进入内核态之前自旋一小段时间,如果线程操作处理的足够快,也许不会进入内核态,但这只是想象,希望能得到证实。注意这里只说Monitor.Wait,因为Monitor.Enter可以确认会先自旋。
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不过无论是C++,Java,还是ASP,多线程的基础设施应该在抽象层上差不多
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所以还请大家不要无意义回复,试想你对此类问题有疑问,却翻了好几页没找到关键的部分,满篇的灌水什么心情,如果你觉得本文对你帮助很大,想查阅又怕记忆繁琐可以点击标题右侧的收藏。
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我就想说,这个贴是昨天吃早餐的时候方兴和我提到的。所以我一定要瞻仰下。
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该回复于2011-12-12 09:19:35被版主删除
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- ohkuy
- (Null)
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以前没注意这么细节化的东西,
讲得很好,很细,
受教了
希望先推荐,再置顶,
要不是我眼神好,差点忽略了
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- lizhibin11
- (lizhibin11)
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“条件变量在某些情况中也可能更高效。SleepConditionVariableCS 和 SleepConditionVariableSRW API 会尽可能候试图避免进入内核模式的行程。但不使用条件变量的示例在调用 WaitForSingleObject 时,总是会发生至少一次内核模式往返。”
http://msdn.microsoft.com/zh-cn/magazine/cc163405.aspx
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- youbl
- (水边)
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最后是调用:
[MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall), SecurityCritical]
private static extern void ReliableEnter(object obj, ref bool lockTaken);
想请教下,这个ReliableEnter方法能确保加锁obj,并对lockTaken赋值为ture这2个操作是原子的吗?
而不会出现在加锁后,线程Abort,没来得及对lockTaken赋值?
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- xuStanly
- (楼主深肖朕躬)
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记号.
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- lizhibin11
- (lizhibin11)
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finally块会在调用Abort后线程中止前执行(.net 1.0和1.1例外),看50楼代码。
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- gomoku
- (IDynamicObject)
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这是个好问题,的确两个操作必须在一个原子操作内完成。
可惜MethodImplOptions.InternalCall表明这个函数由CLR来负责实现,我们不能直接检查源码。
我选择相信微软会正确实现,他的名字ReliableEnter(Reliable: 稳妥)也暗示了实现方式。