详解.NET 同步与异步之 Mutex

本随笔续接：.NET 同步与异步之线程安全的集合 (十一)

本随笔及接下来的两篇随笔，将介绍 .NET 同步与异步系列的最后一个大块知识点：WaitHandle家族。

抽象基类：WaitHandle，三个子类： EventWaitHandle（Event通知）、Mutex（进程同步锁）、Semaphone （信号量），还有两个孙子辈：System.Threading.AutoResetEvent、System.Threading.ManualResetEvent，都是 EventWaitHandle 的子类。

一、抽象基类 WaitHandle

[ComVisibleAttribute(true)]public abstract class WaitHandle : MarshalByRefObject, IDisposable

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通过上面的信息，我们可以知道 WaitHandle 继承自 MarshalByRefObject，并实现了 IDisposable 接口。

对于 MarshalByRefObject ，你也许不是很熟悉，但它的很多子类你一定会用过的，让我们来揭开它的庐山真面目。

在MSND中是这样描述 MarshalByRefObject 的：

看到这里你也许更迷惑了，我用过它？用过它的子类？没错，就是用过它的子类，并且还很多。

例如 System.Drawing命名空间的 Brush、Image、Pen、Font 等等，还有个大家更熟悉的 System.IO命名空间下的Stream.

延展阅读：利用 MarshalByRefObject 实现 AOP 。

看到这里我们只需要知道 WaitHandle 具有跨应用程序域进行通讯的能力就可以了。

二、Mutex（进程同步锁）

1、MSDN对Mutex的定义为进程间的同步基元，即锁的概念。

　　反观Monitor、平时只用来在应用程序域内的线程之间通信。其实，如果用于锁的对象派生自MarshalByRefObject，Monitor 也可在多个应用程序域中提供锁定。

　　Mutex由于需要调用操作系统资源，因此执行的开销比Monitor大得多，所以如果仅仅需要在应用程序内部的线程间同步操作，Monitor/lock应当是首选

2、Mutex 的用法

WaitOne() /WaitOne(TimeSpan, Boolean)及若干个重载：请求所有权，该调用会一直阻塞到当前 mutex 收到信号，或直至达到可选的超时间隔，这几个方法都不需要提供锁定对象作为额外参数。

您可以使用 WaitHandle.WaitOne 请求所有权的互斥体的方法。调用线程受到阻止，直到发生下列情况之一︰
互斥体发出信号以指示不拥有。在此情况下， WaitOne 方法将返回 true, ，调用线程的互斥体所有权，并访问由 mutex 保护的资源。线程完成后访问资源，必须调用 ReleaseMutex 方法来释放 mutex 的所有权。
对调用中指定的超时间隔 WaitOne 具有方法 millisecondsTimeout 或 timeout 参数已过。在此情况下， WaitOne 方法将返回 false, 此时该线程不会获取互斥体的所有权。

ReleaseMutex()：释放当前 Mutex 一次。注意，这里强调了一次，因为拥有互斥体的线程可以在重复的调用WaitOne系列函数而不会阻止其执行；这个跟Monitor的Enter()/Exit()可以在获取对象锁后可以被重复调用一样。Mutex被调用的次数由公共语言运行库（CLR）保存，每WaitOne()一次计数+1，每ReleaseMutex()一次计数-1，只要这个计数不为0，其它Mutex的等待者就会认为这个Mutex没有被释放，也就没有办法获得该Mutex。另外，跟Monitor.Exit()一样，只有Mutex的拥有者才能RleaseMutex()，否则会引发异常。
如果线程在拥有互斥体时终止，我们称此互斥体被遗弃（Abandoned）。在MSDN里，微软以警告的方式指出这属于“严重的”编程错误。这是说拥有mutex的拥有者在获得所有权后，WaitOne()和RelaseMutex()的次数不对等，调用者自身又不负责任地中止，造成mutex 正在保护的资源可能会处于不一致的状态。其实，这无非就是提醒你记得在try/finally结构中使用Mutex。

3、全局和局部的Mutex

如果在一个应用程序域内使用Mutex，当然不如直接使用Monitor/lock更为合适，因为前面已经提到Mutex需要更大的开销而执行较慢。不过Mutex毕竟不是Monitor/lock，它生来应用的场景就应该是用于进程间同步的。用于在进程间通讯的Mutex我们称为全局Mutex，而只用于在应用程序域内部通讯的Mutex、我们称为局部Mutex.

全局Mutex和局部Mutex是通过构造函数来构造不同的实例的，让我们来看一下Mutex的构造函数，一共有5个，挑两个具有代表性的看一下吧：

Mutex()：用无参数的构造函数得到的Mutex没有任何名称，而进程间无法通过变量的形式共享数据，所以没有名称的Mutex也叫做局部（Local）Mutex。另外，这样创建出的Mutex，创建者对这个实例并没有拥有权，仍然需要调用WaitOne()去请求所有权。
Mutex(Boolean initiallyOwned, String name, out Booldan createdNew, MutexSecurity)：第一个bool参数：指示初始化的实例是否拥有互斥体所有权。第二个string类型、为互斥体指定一个名称，如果string为null或者空字符串则相当于创建一个没有名字的Mutex，当属于局部Mutex. 而有名字的Mutex当属于全局Mutex.第三个bool参数、如果已经初始化了互斥体返回True, 如果互斥体已经存在则返回False. 最后一个参数用于Mutex访问的安全性控制。

4、用途

Mutex天生为进程间的同步基元，因此它可以用来控制应用程序的单实例：

/// <summary>/// 单实例运行/// </summary>/// <returns> true 应用程序已启动，false 则没有 
</returns>public bool SingleRun(ref System.Threading.Mutex mutex )
{
    mutex = new System.Threading.Mutex(false, "WINDOWS");    
    if (!mutex.WaitOne(0, false))
    {
        mutex.Close();
        mutex = null;
    }    if (mutex == null)
    {        return true;
    }    return false;
}

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