1.10 使用C#中的lock关键字

1. 本节将描述如何确保当一个线程使用某些资源时，同时其他线程无法使用该资源。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using static System.Console;
using static System.Threading.Thread;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        /// <summary>
        /// 当主程序启动时，创建了一个Counter类的对象。该类定义了一个可以递增和递减的简单的计数器。
        /// </summary>
        /// <param name="args"></param>
        static void Main(string[] args)
        {
            WriteLine("Incorrect counter");
            var c = new Counter();

            var t1 = new Thread(() => TestCounter(c));
            var t2 = new Thread(() => TestCounter(c));
            var t3 = new Thread(() => TestCounter(c));
            t1.Start();
            t2.Start();
            t3.Start();
            t1.Join();
            t2.Join();
            t3.Join();

            WriteLine($"Total count:{c.Count}");
            WriteLine("------------------------------------");

            WriteLine("Correct counter");

            var c1 = new CounterWithLock();
            t1 = new Thread(() => TestCounter(c1));
            t2 = new Thread(() => TestCounter(c1));
            t3 = new Thread(() => TestCounter(c1)); 
            t1.Start();
            t2.Start();
            t3.Start();
            t1.Join();
            t2.Join();
            t3.Join();
            WriteLine($"Total count:{c1.Count}");
        }
        static void TestCounter(CounterBase c)
        {
            for (int i = 0; i < 100000; i++)
            {
                c.Increment();
                c.Decrement();
            }
        }
    }
    /// <summary>
    /// 该类定义了一个可以递增和递减的简单的计数器。
    /// </summary>
    class Counter : CounterBase
    {
        public int Count { get; private set; }
        public override void Decrement()
        {
            Count--;
        }

        public override void Increment()
        {
            Count++;
        }
    }
    class CounterWithLock : CounterBase
    {
        private readonly object _syncRoot=new object();
        public int Count { get; private set; }

        public override void Decrement()
        {
            lock (_syncRoot)
            {
                Count--;
            }
        }

        public override void Increment()
        {
            lock (_syncRoot)
            {
                Count++;
            }
        }
    }
    abstract class CounterBase
    {
        public abstract void Increment();
        public abstract void Decrement();
    }
}

2 工作原理

当主程序启动时，创建了一个Counter类的对象。该类定义了一个可以递增和递减的简单的计数器。然后我们启动了三个线程。这三个线程共享同一个counter示例，在一个周期中进行一次递增和一次递减。这将导致不确定的情况。如果运行程序多次，则会打印出多个不同的计数器的值。结果可能是0，单大多数情况下则不是0。

这是因为Counter类并不是线程安全的。当多个线程同时访问counter对象时，第一个线程得到的counter值10并增加为11.然后第二个线程得到的值是11并增加为12。第一个线程得到counter值12，但是递减操作发生前，第二个线程得到的counter值也是12.然后第一个线程将12递减为11并保存回counter中，同时第二个线程进行了同样的操作。结果我们进行了两次递增操作但是只有一次递减操作，这显然不对。这种情形被称为竞争条件（racecondition）。竞争条件是多线程环境中非常常见的导致错误的原因。

为了确保不会发生以上情形，必须保证当有线程操作counter对象时，所有其他线程必须等待直到当前线程完成操作。我们可以使用lock关键字来实现这种行为。如果锁定了一个对象，需要访问该对象的所有其他线程则会处于阻塞状态，并等待直到该对象解除锁定。这可能会导致严重的性能问题。