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C#多线程编程中的锁系统(三)

程序员文章站 2022-07-22 19:24:56
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:manualreset...

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)。

 

复制代码 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。

复制代码 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。

复制代码 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。
 

复制代码 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。

复制代码 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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