C# 中的互斥鎖

互斥鎖是 C# 中使用的同步原語，用于控制多個線程或進程對共享資源的訪問。其目的是確保在任何給定時間只有一個線程或進程可以獲取互斥鎖，從而提供互斥。

C# 中互斥鎖的優點

可以使用互斥鎖 (Mutex) 并享受其帶來的好處。

1. 共享資源的獨占訪問

• 場景：多個線程或進程需要獨占訪問共享資源（例如文件、數據庫或硬件設備）的情況。
• 示例：考慮一個多線程應用程序，其中多個線程需要同時寫入共享日志文件。
• 好處： 利用互斥鎖，可以保證一次只有一個線程或進程可以訪問資源，從而防止數據損壞或競爭條件。

2.跨進程同步

• 場景：不同進程中運行的線程之間需要同步。
• 示例：協調多個進程對共享內存映射文件的訪問。
• 好處：互斥鎖可以被命名并在整個系統范圍內使用，從而實現跨進程邊界的同步。

3. 關鍵部分保護

• 場景：代碼的關鍵部分需要防止被多個線程并發執行的情況。
• 示例：考慮一個緩存實現，其中添加或刪除項目必須是線程安全的。
• 好處：通過使用互斥鎖，它有助于對關鍵部分的訪問進行序列化，確保一次只有一個線程執行受保護的代碼，從而避免競爭條件。

4. 資源池化

• 場景：管理對有限資源池（例如數據庫連接或網絡套接字）的訪問時。
• 示例：多個線程競爭可用連接的連接池。
• 好處：可以使用互斥鎖 (Mutex) 來控制對池的訪問，從而保證同時使用的用戶數量不超過池的容量。

5.避免死鎖

• 場景：在多個同步原語一起使用以防止發生死鎖的情況下。
• 示例：實現一個需要原子鎖定多個資源的事務系統。
• 好處：互斥鎖可以參與死鎖避免策略，有助于防止死鎖情況的發生。

互斥鎖的實現

步驟1.

使用Xaml View測試所有情況。

<Window x:Class="MutexExample.MainWindow"xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"xmlns:local="clr-namespace:MutexExample"mc:Ignorable="d"Title="MainWindow" Height="450" Width="800"><Grid><StackPanel Orientation="Vertical"><Button x:Name="BtnSR" Height="30" Content="Shared Resource" Margin="10" Click="BtnSR_Click"/><Button x:Name="BtnCPS" Height="30" Content="Cross-Process Synchronization" Margin="10" Click="BtnCPS_Click"/><Button x:Name="BtnCSP" Height="30" Content="Critical Section Protection" Margin="10" Click="BtnCSP_Click"/><Button x:Name="BtnRP" Height="30" Content="Resource Pooling" Margin="10" Click="BtnRP_Click"/><Button x:Name="BtnDLA" Height="30" Content="Deadlock Avoidance" Margin="10" Click="BtnDLA_Click"/></StackPanel></Grid>
</Window>

后端編程

using System;
using System.Threading;
using System.Windows;namespace MutexExample
{public partial class MainWindow : Window{Mutex mutex = new Mutex();static int availableResources = 3;public MainWindow(){InitializeComponent();}private void SharedResourceAccess(object id){mutex.WaitOne(); // Acquire the mutextry{Console.WriteLine($"Thread {id} is accessing the shared resource...");// Simulate some workThread.Sleep(2000);}finally{mutex.ReleaseMutex(); // Release the mutex}}private void BtnSR_Click(object sender, RoutedEventArgs e){// Create multiple threads accessing the shared resourcefor (int i = 0; i < 5; i++){Thread thread = new Thread(SharedResourceAccess);thread.Start(i);}}private void BtnCPS_Click(object sender, RoutedEventArgs e){// Acquire the mutexif (mutex.WaitOne(TimeSpan.FromSeconds(5))){try{Console.WriteLine("Process 1 has acquired the mutex.");Console.ReadLine(); // Hold the mutex until Enter is pressed}finally{mutex.ReleaseMutex(); // Release the mutex}}else{Console.WriteLine("Process 1 failed to acquire the mutex.");}}private void CriticalSectionAccess(object id){mutex.WaitOne(); // Acquire the mutextry{Console.WriteLine($"Thread {id} is executing the critical section...");// Simulate some workThread.Sleep(2000);}finally{mutex.ReleaseMutex(); // Release the mutex}}private void BtnCSP_Click(object sender, RoutedEventArgs e){// Create multiple threads accessing a critical sectionfor (int i = 0; i < 5; i++){Thread thread = new Thread(CriticalSectionAccess);thread.Start(i);}}private void ResourceAccess(object id){mutex.WaitOne(); // Acquire the mutextry{if (availableResources > 0){availableResources--;Console.WriteLine($"Thread {id} acquired a resource. Remaining resources: {availableResources}");// Simulate some workThread.Sleep(2000);availableResources++;}else{Console.WriteLine($"Thread {id} could not acquire a resource. No resources available.");}}finally{mutex.ReleaseMutex(); // Release the mutex}}private void BtnRP_Click(object sender, RoutedEventArgs e){// Create multiple threads to access the resource poolfor (int i = 0; i < 5; i++){Thread thread = new Thread(ResourceAccess);thread.Start(i);}}private void BtnDLA_Click(object sender, RoutedEventArgs e){Thread thread1 = new Thread(Thread1);Thread thread2 = new Thread(Thread2);thread1.Start();thread2.Start();thread1.Join();thread2.Join();}private Mutex mutex1 = new Mutex();private Mutex mutex2 = new Mutex();private void Thread1(){mutex1.WaitOne();Console.WriteLine("Thread 1 acquired mutex1");Thread.Sleep(1000);mutex2.WaitOne();Console.WriteLine("Thread 1 acquired mutex2");mutex2.ReleaseMutex();mutex1.ReleaseMutex();}private void Thread2(){mutex2.WaitOne();Console.WriteLine("Thread 2 acquired mutex2");Thread.Sleep(1000);mutex1.WaitOne();Console.WriteLine("Thread 2 acquired mutex1");mutex1.ReleaseMutex();mutex2.ReleaseMutex();}}
}