使用Monitor,Synchronization Domains, ReadWriteLock,和Immutable对象实现线程安全

在本文中，我们将回顾几种在可伸缩多线程环境中用来同步对共享资源访问的常用技术。
问题域
SharedResource对象封装了条目列表，允许向/从列表中添加/获取条目。Writer对象向SharedResource添加条目，Reader对象从列表中读取条目。Writer和Reader运行于不同的线程中，因此它们可能并发访问SharedResource。




使用Monitor（lock）
一个最明显保护SharedResource方法是通过使用熟知的Monitor类（在C#中使用lock关键字）禁止并发访问。
通过使用简单、一劳永逸的lock，一次仅允许一个线程访问SharedResource，这样不存在并发的读/写列表。
public class SharedResource
{
object m_locker = new object();
List<SharedResourceItem> m_items = new List<SharedResourceItem>();
public SharedResourceItem GetItem(int index)
{
lock (m_locker)
{
return m_items[index];
}
}
public void SetItem(SharedResourceItem sharedResourceItem)
{
lock (m_locker)
{
m_items.Add(sharedResourceItem);
}
}
}//end SharedResource
使用Context-Bound同步对象
不锁定每一个方法，.NET运行时也可以保证对象的线程安全。我们只需要继承自ContextBoundObject和对我们的类应用SynchronizationAttribute，特定时刻，运行时将只允许单个线程访问这个对象（获取更多信息）。
为了在执行任何方法之前锁定对象，运行时将为我们的对象创建一个同步域，并使用调用拦截机制(invocation interception mechanism)，而且当方法退出后释放锁。这将显著的降低调用速度。
[Synchronization]
public class SharedResourceSynchronized : ContextBoundObject
{
List<SharedResourceItem> m_items = new List<SharedResourceItem>();
public SharedResourceItem GetItem(int index)
{
return m_items[index];
}
public void SetItem(SharedResourceItem sharedResourceItem)
{
m_items.Add(sharedResourceItem);
}
}//end SharedResource
使用Reader-Writer锁
当绝大多数访问都是读，而写很少并且持续时间很短时，最好使用ReaderWriterLock。多个读与单个写交替进行，于是读或写都不会阻塞。
认识到长时间占有读锁(reader lock)或者写锁(writer lock)将会starve其它线程非常重要。为了优化性能，请考虑重新构建你的应用程序以最小化写操作时间。
public class SharedResourceRWLock
{
private ReaderWriterLock rwl = new ReaderWriterLock();
List<SharedResourceItem> m_items = new List<SharedResourceItem>();
public SharedResourceItem GetItem(int index)
{
rwl.AcquireReaderLock(TimeSpan.FromSeconds(5));
try
{
return m_items[index];
}
finally
{
// Ensure that the lock is released.
rwl.ReleaseReaderLock();
}
}

public void SetItem(SharedResourceItem sharedResourceItem)
{
rwl.AcquireWriterLock(TimeSpan.FromSeconds(5));
try
{
m_items.Add(sharedResourceItem);
}
finally
{
// Ensure that the lock is released.
rwl.ReleaseWriterLock();
}
}
}//end SharedResource
使用immutable对象
immutable对象，即对象创建之后不能修改它的状态。这样多个线程可以操作immutable对象的数据而不必担心其它线程改变对象的数据。为了这个目的，我们不是修改对象本身，而是创建一个新的对象并修改这个新的对象。
在这种情况下，我们将使m_items列表称为immutable，这样当使用一个原子操作将其引用拷贝到一个局部变量之后，我们可以自由的读(GetItem)而不必使用锁。写操作时，我们创建一个新的列表，添加新的条目，然后在另一个原子操作中，使用这个新的列表替换m_items。
public class SharedResourceImmutable
{
List<SharedResourceItem> m_items = new List<SharedResourceItem>();

public SharedResourceItem GetItem(int index)
{
List<SharedResourceItem> items = null;
Interlocked.Exchange(ref items, m_items);

return items[index];
}
public void SetItem(SharedResourceItem sharedResourceItem)
{
List<SharedResourceItem> items = null;
Interlocked.Exchange(ref items, m_items);
List<SharedResourceItem> buffer = new List<SharedResourceItem>();
buffer.AddRange(items);
buffer.Add(sharedResourceItem);
Interlocked.Exchange(ref m_items, buffer);
}
}//end SharedResource
后记：
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