.NET面试题系列(十四)锁，电脑基础办公教程自学能学会吗

锁（Lock）在多线程编程中起到了非常重要的作用，保证了线程安全和数据的正确性。本文将从以下几个方面介绍锁的相关知识：

1. 什么是锁

2. 锁的分类

3. 互斥锁

4. 自旋锁

5. 读写锁

6. 信号量

7. 避免死锁

8. 如何选择合适的锁

1. 什么是锁

锁是指在多线程编程中，为了保证共享数据的正确性，禁止多个线程同时访问同一共享数据而设计的一种机制。锁分为独占锁和共享锁两种类型。

在同一时刻，只有一个线程可以获得独占锁，也就是只允许一个线程对共享数据进行操作。而共享锁则允许多个线程同时访问同一共享数据，但对共享数据的操作必须是只读的，不能修改数据。

2. 锁的分类

锁可以分为互斥锁、自旋锁、读写锁、信号量等几类。

互斥锁：多个线程有一个互斥锁的唯一标记，如果有一个线程持有这个锁，那么其他线程就会被阻塞，直到该线程释放这个锁。

自旋锁：自旋锁与互斥锁的作用一样，但它不会使得持有锁的线程进入阻塞状态，而是自旋等待其他线程释放锁。

读写锁：与互斥锁和自旋锁不同，读写锁允许多个线程同时对共享数据进行读操作，但对共享数据的写操作必须互斥地进行。

信号量：信号量是一种计数器，可以用来控制对共享可重入资源的访问。在访问资源之前，线程必须等待信号量的值变为正数。

3. 互斥锁

互斥锁使用资源实现线程之间的同步，保证了共享数据的原子性。在进线程访问共享数据时，会尝试获取锁，如果锁没有被其他线程占用，则该线程获取锁并进入临界区执行代码。当该线程执行完临界区代码后，会将锁释放，其他线程则可以获取锁进入临界区执行代码。

以下是互斥锁的一般语法：

```csharp

public class MyLock

{

private static Mutex mutex = new Mutex();

public static void DoSomething()

{

mutex.WaitOne();

try

{

// critical code here

}

finally

{

mutex.ReleaseMutex();

}

}

}

```

4. 自旋锁

自旋锁是指在获取锁时，如果锁已经被其他线程占用，则该线程会“自旋”等待其他线程释放锁并尝试重新获取锁，而不是进入阻塞状态。当锁被释放后，自旋等待的线程就可以立即获取锁进入临界区执行代码。

下面是自旋锁的一般语法：

```csharp

public class MyLock

{

private int lockState = 0;

public void Lock()

{

while (Interlocked.Exchange(ref lockState, 1) == 1)

{

// 自旋等待

}

}

public void Unlock()

{

Interlocked.Exchange(ref lockState, 0);

}

}

```

5. 读写锁

读写锁允许多个线程同时读取共享数据，但只允许一个线程对共享数据进行写操作。在读写锁中，如果一个线程已经获取了读锁，则其他线程也可以获取读锁。但如果一个线程已经获取了写锁，则不允许其他线程获取任何类型的锁。

下面是读写锁的一般语法：

```csharp

public class MyLock

{

private ReaderWriterLockSlim rwLock = new ReaderWriterLockSlim();

public void ReadLock()

{

rwLock.EnterReadLock();

}

public void ReadUnlock()

{

rwLock.ExitReadLock();

}

public void WriteLock()

{

rwLock.EnterWriteLock();

}

public void WriteUnlock()

{

rwLock.ExitWriteLock();

}

}

```

6. 信号量

信号量是一种计数器，可以用来控制对共享可重入资源的访问。在访问资源之前，线程必须等待信号量的值变为正数。当线程释放资源后，信号量的值会加1，这表示又有一个线程可以访问该资源了。

以下是信号量的一般语法：

```csharp

public class MyLock

{

private Semaphore semaphore = new Semaphore(1, 1);

public void Lock()

{

semaphore.WaitOne();

}

public void Unlock()

{

semaphore.Release();

}

}

```

7. 避免死锁

死锁是指在多线程编程中，由于线程之间相互等待彼此占用的资源，导致程序无法继续执行下去的情况。为了避免死锁的发生，需要采取以下几种措施：

1）避免循环等待，尽量保证多个线程获取锁的顺序不变；

2）设置锁的超时时间，在一定时间内没有获取到锁，则放弃获取锁；

3）使用其他机制代替锁，在有些情况下，可以通过使用计数器、事件等机制代替锁。

8. 如何选择合适的锁

在选择锁时，应该根据实际应用场景需要对锁进行选择。如果需要保证共享数据的原子性，并且并发访问较少，可以选择互斥锁。如果需要频繁地进行锁操作，可以选择自旋锁。如果需要支持共享访问，可以选择读写锁。如果需要控制线程的数量访问共享资源，可以选择信号量。