C#多線程系列之讀寫鎖
本篇的內容主要是介紹 ReaderWriterLockSlim 類,來實現多線程下的讀寫分離。
ReaderWriterLockSlim
ReaderWriterLock 類:定義支持單個寫線程和多個讀線程的鎖。
ReaderWriterLockSlim 類:表示用於管理資源訪問的鎖定狀態,可實現多線程讀取或進行獨占式寫入訪問。
兩者的 API 十分接近,而且 ReaderWriterLockSlim 相對 ReaderWriterLock 來說 更加安全。因此本文主要講解 ReaderWriterLockSlim 。
兩者都是實現多個線程可同時讀取、隻允許一個線程寫入的類。
ReaderWriterLockSlim
老規矩,先大概瞭解一下 ReaderWriterLockSlim 常用的方法。
常用方法
方法 | 說明 |
---|---|
EnterReadLock() | 嘗試進入讀取模式鎖定狀態。 |
EnterUpgradeableReadLock() | 嘗試進入可升級模式鎖定狀態。 |
EnterWriteLock() | 嘗試進入寫入模式鎖定狀態。 |
ExitReadLock() | 減少讀取模式的遞歸計數,並在生成的計數為 0(零)時退出讀取模式。 |
ExitUpgradeableReadLock() | 減少可升級模式的遞歸計數,並在生成的計數為 0(零)時退出可升級模式。 |
ExitWriteLock() | 減少寫入模式的遞歸計數,並在生成的計數為 0(零)時退出寫入模式。 |
TryEnterReadLock(Int32) | 嘗試進入讀取模式鎖定狀態,可以選擇整數超時時間。 |
TryEnterReadLock(TimeSpan) | 嘗試進入讀取模式鎖定狀態,可以選擇超時時間。 |
TryEnterUpgradeableReadLock(Int32) | 嘗試進入可升級模式鎖定狀態,可以選擇超時時間。 |
TryEnterUpgradeableReadLock(TimeSpan) | 嘗試進入可升級模式鎖定狀態,可以選擇超時時間。 |
TryEnterWriteLock(Int32) | 嘗試進入寫入模式鎖定狀態,可以選擇超時時間。 |
TryEnterWriteLock(TimeSpan) | 嘗試進入寫入模式鎖定狀態,可以選擇超時時間。 |
ReaderWriterLockSlim 的讀、寫入鎖模板如下:
private static ReaderWriterLockSlim toolLock = new ReaderWriterLockSlim(); // 讀 private T Read() { try { toolLock.EnterReadLock(); // 獲取讀取鎖 return obj; } catch { } finally { toolLock.ExitReadLock(); // 釋放讀取鎖 } return default; } // 寫 public void Write(int key, int value) { try { toolLock.EnterUpgradeableReadLock(); try { toolLock.EnterWriteLock(); /* * */ } catch { } finally { toolLock.ExitWriteLock(); } } catch { } finally { toolLock.ExitUpgradeableReadLock(); } }
訂單系統示例
這裡來模擬一個簡單粗糙的訂單系統。
開始編寫代碼前,先來瞭解一些方法的具體使用。
EnterReadLock()
/ TryEnterReadLock
和 ExitReadLock()
成對出現。
EnterWriteLock()
/ TryEnterWriteLock()
和 ExitWriteLock()
成對出現。
EnterUpgradeableReadLock()
進入可升級的讀模式鎖定狀態。
EnterReadLock()
使用 EnterUpgradeableReadLock()
進入升級狀態,在恰當時間點 通過 EnterWriteLock()
進入寫模式。(也可以倒過來)
定義三個變量:
ReaderWriterLockSlim 多線程讀寫鎖;
MaxId 當前訂單 Id 的最大值;
orders 訂單表;
private static ReaderWriterLockSlim tool = new ReaderWriterLockSlim(); // 讀寫鎖 private static int MaxId = 1; public static List<DoWorkModel> orders = new List<DoWorkModel>(); // 訂單表
// 訂單模型 public class DoWorkModel { public int Id { get; set; } // 訂單號 public string UserName { get; set; } // 客戶名稱 public DateTime DateTime { get; set; } // 創建時間 }
然後實現查詢和創建訂單的兩個方法。
分頁查詢訂單:
在讀取前使用 EnterReadLock()
獲取鎖;
讀取完畢後,使用 ExitReadLock()
釋放鎖。
這樣能夠在多線程環境下保證每次讀取都是最新的值。
// 分頁查詢訂單 private static DoWorkModel[] DoSelect(int pageNo, int pageSize) { try { DoWorkModel[] doWorks; tool.EnterReadLock(); // 獲取讀取鎖 doWorks = orders.Skip((pageNo - 1) * pageSize).Take(pageSize).ToArray(); return doWorks; } catch { } finally { tool.ExitReadLock(); // 釋放讀取鎖 } return default; }
創建訂單:
創建訂單的信息十分簡單,知道用戶名和創建時間就行。
訂單系統要保證的時每個 Id 都是唯一的(實際情況應該用Guid),這裡為瞭演示讀寫鎖,設置為 數字。
在多線程環境下,我們不使用 Interlocked.Increment()
,而是直接使用 += 1
,因為有讀寫鎖的存在,所以操作也是原則性的。
// 創建訂單 private static DoWorkModel DoCreate(string userName, DateTime time) { try { tool.EnterUpgradeableReadLock(); // 升級 try { tool.EnterWriteLock(); // 獲取寫入鎖 // 寫入訂單 MaxId += 1; // Interlocked.Increment(ref MaxId); DoWorkModel model = new DoWorkModel { Id = MaxId, UserName = userName, DateTime = time }; orders.Add(model); return model; } catch { } finally { tool.ExitWriteLock(); // 釋放寫入鎖 } } catch { } finally { tool.ExitUpgradeableReadLock(); // 降級 } return default; }
Main 方法中:
開 5 個線程,不斷地讀,開 2 個線程不斷地創建訂單。線程創建訂單時是沒有設置 Thread.Sleep()
的,因此運行速度十分快。
Main 方法裡面的代碼沒有什麼意義。
static void Main(string[] args) { // 5個線程讀 for (int i = 0; i < 5; i++) { new Thread(() => { while (true) { var result = DoSelect(1, MaxId); if (result is null) { Console.WriteLine("獲取失敗"); continue; } foreach (var item in result) { Console.Write($"{item.Id}|"); } Console.WriteLine("\n"); Thread.Sleep(1000); } }).Start(); } for (int i = 0; i < 2; i++) { new Thread(() => { while(true) { var result = DoCreate((new Random().Next(0, 100)).ToString(), DateTime.Now); // 模擬生成訂單 if (result is null) Console.WriteLine("創建失敗"); else Console.WriteLine("創建成功"); } }).Start(); } }
在 ASP.NET Core 中,則可以利用讀寫鎖,解決多用戶同時發送 HTTP 請求帶來的數據庫讀寫問題。
這裡就不做示例瞭。
如果另一個線程發生問題,導致遲遲不能交出寫入鎖,那麼可能會導致其它線程無限等待。
那麼可以使用 TryEnterWriteLock()
並且設置等待時間,避免阻塞時間過長。
bool isGet = tool.TryEnterWriteLock(500);
並發字典寫示例
因為理論的東西,筆者這裡不會說太多,主要就是先掌握一些 API(方法、屬性) 的使用,然後簡單寫出示例,後面再慢慢深入瞭解底層原理。
這裡來寫一個多線程共享使用字典(Dictionary)的使用示例。
增加兩個靜態變量:
private static ReaderWriterLockSlim toolLock = new ReaderWriterLockSlim(); private static Dictionary<int, int> dict = new Dictionary<int, int>();
實現一個寫操作:
public static void Write(int key, int value) { try { // 升級狀態 toolLock.EnterUpgradeableReadLock(); // 讀,檢查是否存在 if (dict.ContainsKey(key)) return; try { // 進入寫狀態 toolLock.EnterWriteLock(); dict.Add(key,value); } finally { toolLock.ExitWriteLock(); } } finally { toolLock.ExitUpgradeableReadLock(); } }
上面沒有 catch { }
是為瞭更好觀察代碼,因為使用瞭讀寫鎖,理論上不應該出現問題的。
模擬五個線程同時寫入字典,由於不是原子操作,所以 sum 的值有些時候會出現重復值。
原子操作請參考:https://www.jb51.net/article/237310.htm
private static int sum = 0; public static void AddOne() { for (int i = 0; i < 100_0000; i++) { sum += 1; Write(sum,sum); } } static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 5; i++) new Thread(() => { AddOne(); }).Start(); Console.ReadKey(); }
ReaderWriterLock
大多數情況下都是推薦 ReaderWriterLockSlim 的,而且兩者的使用方法十分接近。
例如 AcquireReaderLock 是獲取讀鎖,AcquireWriterLock 獲取寫鎖。使用對應的方法即可替換 ReaderWriterLockSlim 中的示例。
這裡就不對 ReaderWriterLock 進行贅述瞭。
ReaderWriterLock 的常用方法如下:
方法 | 說明 |
---|---|
AcquireReaderLock(Int32) | 使用一個 Int32 超時值獲取讀線程鎖。 |
AcquireReaderLock(TimeSpan) | 使用一個 TimeSpan 超時值獲取讀線程鎖。 |
AcquireWriterLock(Int32) | 使用一個 Int32 超時值獲取寫線程鎖。 |
AcquireWriterLock(TimeSpan) | 使用一個 TimeSpan 超時值獲取寫線程鎖。 |
AnyWritersSince(Int32) | 指示獲取序列號之後是否已將寫線程鎖授予某個線程。 |
DowngradeFromWriterLock(LockCookie) | 將線程的鎖狀態還原為調用 UpgradeToWriterLock(Int32) 前的狀態。 |
ReleaseLock() | 釋放鎖,不管線程獲取鎖的次數如何。 |
ReleaseReaderLock() | 減少鎖計數。 |
ReleaseWriterLock() | 減少寫線程鎖上的鎖計數。 |
RestoreLock(LockCookie) | 將線程的鎖狀態還原為調用 ReleaseLock() 前的狀態。 |
UpgradeToWriterLock(Int32) | 使用一個 Int32 超時值將讀線程鎖升級為寫線程鎖。 |
UpgradeToWriterLock(TimeSpan) | 使用一個 TimeSpan 超時值將讀線程鎖升級為寫線程鎖。 |
官方示例可以看:
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.readerwriterlock?view=netcore-3.1#examples
到此這篇關於C#多線程系列之讀寫鎖的文章就介紹到這瞭。希望對大傢的學習有所幫助,也希望大傢多多支持WalkonNet。