C#多線程系列之進(jìn)程同步Mutex類

第C#多線程系列之進(jìn)程同步Mutex類Mutex中文為互斥，Mutex類叫做互斥鎖。它還可用于進(jìn)程間同步的同步基元。

Mutex跟lock相似，但是Mutex支持多個(gè)進(jìn)程。Mutex大約比lock慢20倍。

互斥鎖(Mutex)，用于多線程中防止兩條線程同時(shí)對(duì)一個(gè)公共資源進(jìn)行讀寫的機(jī)制。

Windows操作系統(tǒng)中，Mutex同步對(duì)象有兩個(gè)狀態(tài)：

signaled：未被任何對(duì)象擁有；nonsignaled：被一個(gè)線程擁有；

Mutex只能在獲得鎖的線程中，釋放鎖。

構(gòu)造函數(shù)和方法

Mutex類其構(gòu)造函數(shù)如下：

構(gòu)造函數(shù)說明Mutex()使用默認(rèn)屬性初始化Mutex類的新實(shí)例。Mutex(Boolean)使用Boolean值（指示調(diào)用線程是否應(yīng)具有互斥體的初始所有權(quán)）初始化Mutex類的新實(shí)例。Mutex(Boolean,String)使用Boolean值（指示調(diào)用線程是否應(yīng)具有互斥體的初始所有權(quán)以及字符串是否為互斥體的名稱）初始化Mutex類的新實(shí)例。Mutex(Boolean,String,Boolean)使用可指示調(diào)用線程是否應(yīng)具有互斥體的初始所有權(quán)以及字符串是否為互斥體的名稱的Boolean值和當(dāng)線程返回時(shí)可指示調(diào)用線程是否已賦予互斥體的初始所有權(quán)的Boolean值初始化Mutex類的新實(shí)例。

Mutex對(duì)于進(jìn)程同步有所幫助，例如其應(yīng)用場景主要是控制系統(tǒng)只能運(yùn)行一個(gè)此程序的實(shí)例。

Mutex構(gòu)造函數(shù)中的String類型參數(shù)叫做互斥量而互斥量是全局的操作系統(tǒng)對(duì)象。

Mutex只要考慮實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步，它會(huì)耗費(fèi)比較多的資源，進(jìn)程內(nèi)請(qǐng)考慮Monitor/lock。

Mutex的常用方法如下：

方法說明Close()釋放由當(dāng)前WaitHandle占用的所有資源。Dispose()釋放由WaitHandle類的當(dāng)前實(shí)例占用的所有資源。OpenExisting(String)打開指定的已命名的互斥體（如果已經(jīng)存在）。ReleaseMutex()釋放Mutex一次。TryOpenExisting(String,Mutex)打開指定的已命名的互斥體（如果已經(jīng)存在），并返回指示操作是否成功的值。WaitOne()阻止當(dāng)前線程，直到當(dāng)前WaitHandle收到信號(hào)。WaitOne(Int32)阻止當(dāng)前線程，直到當(dāng)前WaitHandle收到信號(hào)，同時(shí)使用32位帶符號(hào)整數(shù)指定時(shí)間間隔（以毫秒為單位）。WaitOne(Int32,Boolean)阻止當(dāng)前線程，直到當(dāng)前的WaitHandle收到信號(hào)為止，同時(shí)使用32位帶符號(hào)整數(shù)指定時(shí)間間隔，并指定是否在等待之前退出同步域。WaitOne(TimeSpan)阻止當(dāng)前線程，直到當(dāng)前實(shí)例收到信號(hào)，同時(shí)使用TimeSpan指定時(shí)間間隔。WaitOne(TimeSpan,Boolean)阻止當(dāng)前線程，直到當(dāng)前實(shí)例收到信號(hào)為止，同時(shí)使用TimeSpan指定時(shí)間間隔，并指定是否在等待之前退出同步域。

關(guān)于Mutex類，我們可以先通過幾個(gè)示例去了解它。

系統(tǒng)只能運(yùn)行一個(gè)程序的實(shí)例

下面是一個(gè)示例，用于控制系統(tǒng)只能運(yùn)行一個(gè)此程序的實(shí)例，不允許同時(shí)啟動(dòng)多次。

classProgram

//第一個(gè)程序

conststringname="";

privatestaticMutexm;

staticvoidMain(string[]args)

//本程序是否是Mutex的擁有者

boolfirstInstance;

m=newMutex(false,name,outfirstInstance);

if(!firstInstance)

Console.WriteLine("程序已在運(yùn)行！按下回車鍵退出！");

Console.ReadKey();

return;

Console.WriteLine("程序已經(jīng)啟動(dòng)");

Console.WriteLine("按下回車鍵退出運(yùn)行");

Console.ReadKey();

m.ReleaseMutex();

m.Close();

return;

}

上面的代碼中，有些地方前面沒有講，沒關(guān)系，我們運(yùn)行一下生成的程序先。

解釋一下上面的示例

Mutex的工作原理：

當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程同時(shí)訪問共享資源時(shí)，操作系統(tǒng)需要一個(gè)同步機(jī)制來確保每次只有一個(gè)線程使用資源。

Mutex是一種同步基元，Mutex僅向一個(gè)線程授予獨(dú)占訪問共享資源的權(quán)限。這個(gè)權(quán)限依據(jù)就是互斥體，當(dāng)一個(gè)線程獲取到互斥體后，其它線程也在試圖獲取互斥體時(shí)，就會(huì)被掛起(阻塞)，直到第一個(gè)線程釋放互斥體。

對(duì)應(yīng)我們上一個(gè)代碼示例中，實(shí)例化Mutex類的構(gòu)造函數(shù)如下：

m=newMutex(false,name,outfirstInstance);

其構(gòu)造函數(shù)原型如下：

publicMutex(boolinitiallyOwned,stringname,outboolcreatedNew);

前面我們提出過，Mutex對(duì)象有兩種狀態(tài)，signaled和nonsignaled。

通過new來實(shí)例化Mutex類，會(huì)檢查系統(tǒng)中此互斥量name是否已經(jīng)被使用，如果沒有被使用，則會(huì)創(chuàng)建name互斥量并且此線程擁有此互斥量的使用權(quán)；此時(shí)createdNew==true。

那么initiallyOwned，它的作用是是否允許線程是否能夠獲取到此互斥量的初始化所有權(quán)。因?yàn)槲覀兿Ｍ挥幸粋€(gè)程序能夠在后臺(tái)運(yùn)行，因此我們要設(shè)置為false。

驅(qū)動(dòng)開發(fā)中關(guān)于Mutex：/zh-cn/windows-hardware/drivers/kernel/introduction-to-mutex-objects

對(duì)了，Mutex的參數(shù)中，name是非常有講究的。

在運(yùn)行終端服務(wù)的服務(wù)器上，命名系統(tǒng)mutex可以有兩個(gè)級(jí)別的可見性。

如果其名稱以前綴Global開頭，則mutex在所有終端服務(wù)器會(huì)話中可見。如果其名稱以前綴Local開頭，則mutex僅在創(chuàng)建它的終端服務(wù)器會(huì)話中可見。在這種情況下，可以在服務(wù)器上的其他每個(gè)終端服務(wù)器會(huì)話中存在具有相同名稱的單獨(dú)mutex。

如果在創(chuàng)建已命名的mutex時(shí)未指定前綴，則采用前綴Local。在終端服務(wù)器會(huì)話中，兩個(gè)互斥體的名稱只是它們的前綴不同，它們都是對(duì)終端服務(wù)器會(huì)話中的所有進(jìn)程都可見。

也就是說，前綴名稱Global和Local描述互斥體名稱相對(duì)于終端服務(wù)器會(huì)話的作用域，而不是相對(duì)于進(jìn)程。

請(qǐng)參考：

/zh-cn/dotnet/api/system.threading.mutexview=netcore-3.1#methods

/article/237313.htm

這里要實(shí)現(xiàn)，當(dāng)同時(shí)點(diǎn)擊一個(gè)程序時(shí)，只能有一個(gè)實(shí)例A可以運(yùn)行，其它實(shí)例進(jìn)入等待隊(duì)列，等待A運(yùn)行完畢后，然后繼續(xù)運(yùn)行隊(duì)列中的下一個(gè)實(shí)例。

我們將每個(gè)程序比作一個(gè)人，模擬一個(gè)廁所坑位，每次只能有一個(gè)人上廁所，其他人需要排隊(duì)等候。

使用WaitOne()方法來等待別的進(jìn)程釋放互斥量，即模擬排隊(duì)；ReleaseMutex()方法解除對(duì)坑位的占用。

classProgram

//第一個(gè)程序

conststringname="";

privatestaticMutexm;

staticvoidMain(string[]args)

//wc還有沒有位置

boolfirstInstance;

m=newMutex(true,name,outfirstInstance);

//已經(jīng)有人在上wc

if(!firstInstance)

//等待運(yùn)行的實(shí)例退出，此進(jìn)程才能運(yùn)行。

Console.WriteLine("排隊(duì)等待");

m.WaitOne();

GoWC();

return;

GoWC();

return;

privatestaticvoidGoWC()

Console.WriteLine("開始上wc");

Thread.Sleep(1000);

Console.WriteLine("開門");

Thread.Sleep(1000);

Console.WriteLine("關(guān)門");

Thread.Sleep(1000);

Console.WriteLine("xxx");

Thread.Sleep(1000);

Console.WriteLine("開門");

Thread.Sleep(1000);

Console.WriteLine("離開wc");

m.ReleaseMutex();

Thread.Sleep(1000);

Console.WriteLine("洗手");

}

此時(shí)，我們使用了

m=newMutex(true,name,outfirstInstance);

一個(gè)程序結(jié)束后，要允許其它線程能夠創(chuàng)建Mutex對(duì)象獲取互斥量，需要將構(gòu)造函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)設(shè)置為true。

你也可以改成false，看看會(huì)報(bào)什么異常。

你可以使用WaitOne(Int32)來設(shè)置等待時(shí)間，單位是毫秒，超過這個(gè)時(shí)間就不排隊(duì)了，去別的地方上廁所。

為了避免出現(xiàn)問題，請(qǐng)考慮在finally塊中執(zhí)行m.ReleaseMutex()。

進(jìn)程同步示例

這里我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)這樣的場景：

父進(jìn)程Parent啟動(dòng)子進(jìn)程Children，等待子進(jìn)程Children執(zhí)行完畢，子進(jìn)程退出，父進(jìn)程退出。

新建一個(gè).NETCore控制臺(tái)項(xiàng)目，名稱為Children，其Progarm中的代碼如下

usingSystem;

usingSystem.Threading;

namespaceChildren

classProgram

conststringname="進(jìn)程同步示例";

privatestaticMutexm;

staticvoidMain(string[]args)

Console.WriteLine("子進(jìn)程被啟動(dòng)...");

boolfirstInstance;

//子進(jìn)程創(chuàng)建互斥體

m=newMutex(true,name,outfirstInstance);

//按照我們?cè)O(shè)計(jì)的程序，創(chuàng)建一定是成功的

if(firstInstance)

Console.WriteLine("子線程執(zhí)行任務(wù)");

DoWork();

Console.WriteLine("子線程任務(wù)完成");

//釋放互斥體

m.ReleaseMutex();

//結(jié)束程序

return;

else

Console.WriteLine("莫名其妙的異常，直接退出");

privatestaticvoidDoWork()

for(inti=0;ii++)

Console.WriteLine("子線程工作中");

Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));

}

然后發(fā)布或生成項(xiàng)目，打開程序文件位置，復(fù)制線程文件路徑。

創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，名為Parent的.NETCore控制臺(tái)，其Program中的代碼如下：

usingSystem;

usingSystem.Diagnostics;

usingSystem.Threading;

namespaceParent

classProgram

conststringname="進(jìn)程同步示例";

privatestaticMutexm;

staticvoidMain(string[]args)

//晚一些再執(zhí)行，我錄屏要對(duì)正窗口位置

Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(3));

Console.WriteLine("父進(jìn)程啟動(dòng)！");

newThread(()=

//啟動(dòng)子進(jìn)程

Processprocess=newProcess();

process.StartInfo.UseShellExecute=true;

process.Sta