C#多线程系列之读写锁-ReaderWriterLockSlim 类

C#多线程系列之读写锁

本文的内容主要是介绍Re aderWriterLockSlim 类，来实现多线程下的读写分离。

Rea derWriterLockSlim
ReaderWriterLock 类：定义支持单个写线程和多个读线程的锁。

ReaderWriterLockSlim 类：表示用于管理资源访问的锁定状态，可实现多线程读取或进行独占式写入访问。

两者的 API 十分接近，而且 ReaderWriterLockSlim 相对 ReaderWriterLock 来说更加安全。因此本文主要讲解 ReaderWriterLockSlim 。
两者都是实现多个线程可同时读取、只允许一个线程写入的类。

ReaderWriterLockSlim
先大概了解一下 ReaderWriterLockSlim 常用的方法。

常用方法

ReaderWriterLockSlim 的读、写入锁模板如下：

private static ReaderWriterLockSlim toolLock = new ReaderWriterLockSlim();
// 读
private T Read()
{
try
{
toolLock.EnterReadLock(); // 获取读取锁
return obj;
}
catch { }
finally
{
toolLock.ExitReadLock(); // 释放读取锁
}
return default;
}

// 写
public void Write(int key, int value)
{
try
{
toolLock.EnterUpgradeableReadLock();

try
{
toolLock.EnterWriteLock();
/***/
}
catch
{
}
finally
{
toolLock.ExitWriteLock();
}
}
catch { }
finally
{
toolLock.ExitUpgradeableReadLock();
}
}

订单系统示例
这里来模拟一个简单粗糙的订单系统。

开始编写代码前，先来了解一些方法的具体使用。

EnterReadLock() / TryEnterReadLock 和 ExitReadLock() 成对出现。

EnterWriteLock() / TryEnterWriteLock() 和 ExitWriteLock() 成对出现。

EnterUpgradeableReadLock() 进入可升级的读模式锁定状态。

EnterReadLock() 使用 EnterUpgradeableReadLock() 进入升级状态，在恰当时间点通过 EnterWriteLock() 进入写模式。（也可以倒过来）

定义三个变量：

ReaderWriterLockSlim 多线程读写锁；

MaxId 当前订单 Id 的最大值；

orders 订单表；

private static ReaderWriterLockSlim tool = new ReaderWriterLockSlim(); // 读写锁
private static int MaxId = 1;
public static List<DoWorkModel> orders = new List<DoWorkModel>(); // 订单表

// 订单模型
public class DoWorkModel
{
public int Id { get; set; } // 订单号
public string UserName { get; set; } // 客户名称
public DateTime DateTime { get; set; } // 创建时间
}

然后实现查询和创建订单的两个方法。

分页查询订单：

在读取前使用 EnterReadLock() 获取锁；

读取完毕后，使用 ExitReadLock() 释放锁。

这样能够在多线程环境下保证每次读取都是最新的值。

// 分页查询订单
private static DoWorkModel[] DoSelect(int pageNo, int pageSize)
{
try
{
DoWorkModel[] doWorks;
tool.EnterReadLock(); // 获取读取锁
doWorks = orders.Skip((pageNo – 1) * pageSize).Take(pageSize).ToArray();
return doWorks;
}
catch { }
finally
{
tool.ExitReadLock(); // 释放读取锁
}
return default;
}

Main 方法中：

开 5 个线程，不断地读，开 2 个线程不断地创建订单。线程创建订单时是没有设置 Thread.Sleep() 的，因此运行速度十分快。

Main 方法里面的代码没有什么意义。

static void Main(string[] args)
{
// 5个线程读
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
new Thread(() =>
{
while (true)
{
var result = DoSelect(1, MaxId);
if (result is null)
{
Console.WriteLine(\”获取失败\”);
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); // 模拟生成订单
if (result is null)
Console.WriteLine(\”创建失败\”);
else Console.WriteLine(\”创建成功\”);
}

}).Start();
}
}

在 ASP.NET Core 中，则可以利用读写锁，解决多用户同时发送 HTTP 请求带来的数据库读写问题。

这里就不做示例了。

如果另一个线程发生问题，导致迟迟不能交出写入锁，那么可能会导致其它线程无限等待。

那么可以使用 TryEnterWriteLock() 并且设置等待时间，避免阻塞时间过长。

bool isGet = tool.TryEnterWriteLock(500);

并发字典写示例 因为理论的东西，笔者这里不会说太多，主要就是先掌握一些 API(方法、属性) 的使用，然后简单写出示例，后面再慢慢深入了解底层原理。

这里来写一个多线程共享使用字典(Dictionary)的使用示例。

增加两个静态变量：

private static ReaderWriterLockSlim toolLock = new ReaderWriterLockSlim();
private static Dictionary<int, int> dict = new Dictionary<int, int>();

实现一个写操作：

public static void Write(int key, int value)
{
try
{
// 升级状态
toolLock.EnterUpgradeableReadLock();
// 读，检查是否存在
if (dict.ContainsKey(key))
return;
try
{
// 进入写状态
toolLock.EnterWriteLock();
dict.Add(key,value);
}
finally
{
toolLock.ExitWriteLock();
}
}
finally
{
toolLock.ExitUpgradeableReadLock();
}
}

上面没有 catch { } 是为了更好观察代码，因为使用了读写锁，理论上不应该出现问题的。

模拟五个线程同时写入字典，由于不是原子操作，所以 sum 的值有些时候会出现重复值。

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();
}