C#多线程编程中的锁系统（二）
投稿：junjie
上章主要讲排他锁的直接使用方式。但实际当中全部都用锁又太浪费了，或者排他锁粒度太大了。 这一次我们说说升级锁和原子操作。
目录
1：volatile
2: Interlocked
3：ReaderWriterLockSlim
4：总结
一：volatile
简单来说： volatile关键字是告诉c#编译器和JIT编译器，不对volatile标记的字段做任何的缓存。确保字段读写都是原子操作，最新值。
这不就是锁吗？ 其这货它根本不是锁， 它的原子操作是基于CPU本身的，非阻塞的。 因为32位CPU执行赋值指令，数据传输最大宽度4个字节。
所以只要在4个字节以下读写操作的，32位CPU都是原子操作。volatile 它就是利用这个特性来的。
好残酷的事实？不然，微软大法这样是为了提高JIT性能效率，对有些数据进行缓存了(多线程下)。
//正确
public volatile Int32 score1 = 1;
//报错
public volatile Int64 score2 = 1;
看上面的例子，我们定义8个字节长度score2就不行了。 因为8个字节，32位CPU就分成2个指令执行了。自然就无法保证原子操作了。
这么细节的，忘了怎么办，那岂不是坑人啊。 于是微软大法直接一棍子打死，限制4个字节以下的类型字段才能用volatile，具体什么、看msdn吧。
那今天我知道了。我编译平台改成64位上，只在64位CPU用volatile int64，行不行？ 不行，编译器报错。说了一棍子打死了。。
(^._.^)ﾉ 好吧，其实可以用IntPtr这个。
volatile多数情况下很有用处的，毕竟锁的性能开销还是很大的。我们可以把当成轻量级的锁，根据具体场景合理使用，能提高不少程序性能。
线程中的Thread.VolatileRead 和Thread.VolatileWrite 就是volatile的复杂版。
二：Interlocked
MSDN 描述：为多个线程共享的变量提供原子操作。主要函数如下：
Interlocked.Increment 原子操作，递增指定变量的值并存储结果。
Interlocked.Decrement 原子操作，递减指定变量的值并存储结果。
Interlocked.Add 原子操作，添加两个整数并用两者的和替换第一个整数
Interlocked.CompareExchange(ref a, b, c); 原子操作，a参数和c参数比较， 相等b替换a，不相等不替换。
基本用法就不多说了。直接来段CLR via C# interlock anything的例子：
public static int Maximum(ref int target, int value)
{
int currentVal = target, startVal, desiredVal; //记录前后值
do
{
startVal = currentVal; //记录循环迭代的初始值。
desiredVal = Math.Max(startVal, value); //基于startVal和value计算期望值desiredVal
//高并发下，线程被抢占情况下，target值会发生改变。
//target startVal相等说明没改变。desiredVal 直接替换。
currentVal = Interlocked.CompareExchange(ref target, desiredVal, startVal);
} while (startVal != currentVal); //不相等说明，target值已经被其他线程改动。自旋继续。
return desiredVal;
}
三：ReaderWriterLockSlim
假如我们有份缓存数据A，如果每次都不管任何操作lock一下，那么我的这份缓存A就永远只能单线程读写了， 这在Web高并发下是不能忍受的。
那有没有一种办法我只在写入时进入独占锁呢，读操作时不限制线程数量呢？答案就是我们的ReaderWriterLockSlim主角，读写锁。
ReaderWriterLockSlim 其中一种锁EnterUpgradeableReadLock最关键 即可升级锁。
它呢允许你先进入读锁，发现缓存A不一样了， 再进入写锁，写入后退回读锁模式。
ps： 这里注意下net 3.5之前有个ReaderWriterLock 性能较差。推荐使用升级版的 ReaderWriterLockSlim 。
//实例一个读写锁
ReaderWriterLockSlim cacheLock = new ReaderWriterLockSlim(LockRecursionPolicy.SupportsRecursion);
上面实例一个读写锁，这里注意的是构造函数的枚举。
LockRecursionPolicy.NoRecursion 不支持，发现递归会抛异常。
LockRecursionPolicy.SupportsRecursion 即支持递归模式，线程锁中继续在使用锁。
cacheLock.EnterReadLock();
//do
cacheLock.EnterReadLock();
//do
cacheLock.ExitReadLock();
cacheLock.ExitReadLock();
这种模式极易容易死锁，比如读锁里面使用写锁。
cacheLock.EnterReadLock();
//do
cacheLock.EnterWriteLock();
//do
cacheLock.ExitWriteLock();
cacheLock.ExitReadLock();
下面是直接拿msdn的缓存例子了，加了简单注释。
public class SynchronizedCache
{
private ReaderWriterLockSlim cacheLock = new ReaderWriterLockSlim();
private Dictionary<int, string> innerCache = new Dictionary<int, string>();
public string Read(int key)
{
//进入读锁，允许其他所有的读线程，写入线程被阻塞。
cacheLock.EnterReadLock();
try
{
return innerCache[key];
}
finally
{
cacheLock.ExitReadLock();
}
}
public void Add(int key, string value)
{
//进入写锁，其他所有访问操作的线程都被阻塞。即写独占锁。
cacheLock.EnterWriteLock();
try
{
innerCache.Add(key, value);
}
finally
{
cacheLock.ExitWriteLock();
}
}
public bool AddWithTimeout(int key, string value, int timeout)
{
//超时设置，如果在超时时间内，其他写锁还不释放，就放弃操作。
if (cacheLock.TryEnterWriteLock(timeout))
{
try
{
innerCache.Add(key, value);
}
finally
{
cacheLock.ExitWriteLock();
}
return true;
}
else
{
return false;
}
}
public AddOrUpdateStatus AddOrUpdate(int key, string value)
{
//进入升级锁。 同时只能有一个可升级锁线程。写锁，升级锁都被阻塞，但允许其他读取数据的线程。
cacheLock.EnterUpgradeableReadLock();
try
{
string result = null;
if (innerCache.TryGetValue(key, out result))
{
if (result == value)
{
return AddOrUpdateStatus.Unchanged;
}
else
{
//升级成写锁，其他所有线程都被阻塞。
cacheLock.EnterWriteLock();
try
{
innerCache[key] = value;
}
finally
{
//退出写锁，允许其他读线程。
cacheLock.ExitWriteLock();
}
return AddOrUpdateStatus.Updated;
}
}
else
{
cacheLock.EnterWriteLock();
try
{
innerCache.Add(key, value);
}
finally
{
cacheLock.ExitWriteLock();
}
return AddOrUpdateStatus.Added;
}
}
finally
{
//退出升级锁。
cacheLock.ExitUpgradeableReadLock();
}
}
public enum AddOrUpdateStatus
{
Added,
Updated,
Unchanged
};
}
四：总结
多线程实际开发当中，往往测试没问题，一到生产环境，并发高了就容易出问题， 一定注意。
本文参考CLR via C#。