基元線程同步——內核模式構造（WaitHandle，EventWaitHandle，AutoResetEvent，ManualResetEvent，Semaphore，Mutex）

一、內核模式構造

內核模式構造，采用的是windows操作系統來同步線程，比VolatileRead,VolatileWrite,Interlocked等用戶模式的構造慢很多。相對於用戶模式的構造，它也有自己的優點：

1，不用像用戶模式那樣占着cpu“自旋”，浪費cpu資源。

2，內核模式可同步在同一機器不同進程中運行的線程。

3，可實現本地和托管線程相互之間的同步。

4，一個線程可以一直阻塞，直到一個集合中的內核對象全部可用，或部分可用。（WaitAll，WaitAny）

5，阻塞一個線程時，可以指定一個超時值，超過這個時間就解除阻塞。

二、FCL提供的內核模式構造層次結構

WaitHandle（抽象類）

    |——EventWaitHandle

         |——AutoResetEvent

         |——ManualResetEvent

    |——Semaphore

    |——Mutex

他們都繼承了WaitHandle抽象類，WaitHandle提供了下列共同的靜態方法：

WaitOne：阻塞調用線程，直到收到一個信號。

WaitAny：阻塞調用線程，直到收到任意一個信號。

WaitAll：阻塞調用線程，直到收到全部信號。

SingleAndWait：向指定的內核對象發出信號，並等待另一個內核對象收到信號。

Close/Dispose：關閉內核對象句柄。

2.1 EventWaitHandle

它屬於事件（event），事件是內核維護的Boolean變量。如果事件為false，在事件上等待的線程就阻塞；如果事件為true，就解除阻塞。它主要有兩個方法：

Set：將事件設為true。

ReSet：將事件設為false。

注意：初始化的時候我們可以指定事件的初始值，比如下面的例子就是指定初始時事件為false。

            EventWaitHandle ewh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset);//等同於AutoResetEvent
            EventWaitHandle ewh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.ManualReset);//等同於ManualResetEvent

2.2 AutoResetEvent

AutoResetEvent是EventWaitHandle的一個簡單包裝，內部沒有額外的任何邏輯。它最大的特點就是，調用了Set方法將事件設為true之后，其中一個等待線程得到執行后，它會自動調用Reset方法，將事件信號設為false，以阻塞其它的線程。相當於放一個線程進來，門自動就關了（自動門）。

例子，使用AutoResetEvent實現一個簡單的線程同步鎖。

        private class SimpleWaitLock : IDisposable
        {
            //初始化一定要是true，否者，第一個調用Enter方法的線程會被阻塞
            private AutoResetEvent are = new AutoResetEvent(true);

            #region IDisposable 

            public void Enter()
            {
                are.WaitOne();//第一個線程調用這個方法后，事件將會為false，其他線程會被阻塞
                Console.WriteLine("thread={0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            }
            public void Exit()
            {
                are.Set();//退出時，將事件信號設為true，放一個線程進來后，馬上設為false（調用reset）
            }
            public void Dispose()
            {
                are.Dispose();
            }

            #endregion
        }

2.3 ManualResetEvent

ManualResetEvent是EventWaitHandle的一個簡單包裝，內部也沒有額外的任何邏輯。它和AutoResetEvent唯一的不同是，調用了Set方法將事件設為true后，不會去調用Reset方法，這將導致事件一直處於true，其它等待的多個線程都會得到執行，直到你手動調用Reset方法。相當於你把門打開后，需要手動去關（非自動門）。

2.4 Semaphore

信號量（semaphore）是內核維護的一個Int32的變量。信號量為0時，在信號量上等待的線程會阻塞；信號量大於0時，就解除阻塞。主要方法：

Release（）：就是一個加1的操作

Release（int32 releasecount)：就是一個加releasecount的操作。

初始化semaphore時，可以指定最大和最小信號量的值。

用Sempphore實現同樣功能的同步鎖：

        private class SimpleWaitLock : IDisposable
        {
            //初始化指定計數值為1，允許第一個線程可用
            private Semaphore sp = new Semaphore(1, 1);

            #region IDisposable

            public void Enter()
            {
                sp.WaitOne();//第一個線程調用這個方法后，計數值減1，變為0，其他線程會被阻塞
                Console.WriteLine("thread={0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            }
            public void Exit()
            {
                sp.Release();//計數值加1，其他線程可用
            }
            public void Dispose()
            {
                sp.Dispose();
            }

            #endregion
        }

2.5 Mutex

互斥體（mutex）和計數值為1的Semaphore或AutoResetEvent的工作方式非常相似。這三種方式每次都只釋放一個等待的線程。主要方法：

ReleaseMutex（）：計數減去1

它有一個最大的不同是，它可以在同一線程上循環調用，也就是多次調用WaitOne(),然后在調用等次數的ReleaseMutex（）。直到Mutex的計數為0時，其他等待的線程才能被調用。這種方式在平常中可能不太會用到。

可以用Mutex來防止應用程序二次啟動，這在平常工作中也經常會碰到。

簡單示例：

        static void Main()
        {
            Application.EnableVisualStyles();
            Application.SetCompatibleTextRenderingDefault(false);

            bool createNew;
            Mutex mutex = new Mutex(false, "ApplicationGuidName", out createNew);
            //沒有啟動，就創建一個新的
            if (createNew)
            {
                Application.Run(new Form1());
            }
            else
            {
                // 已經啟動了
                MessageBox.Show("程序已經啟動，不能重復啟動！");
            }
        }

  注意：也可以用Semaphore和EventWaithandle來實現上面的功能，原理是一樣的。但AutoResetEvent和ManualResetEvnet不行，他們沒有提供類似的構造方法。

2.6 在一個內核模式變得可用時調用一個方法

可以通過ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject方法注冊一個方法。當一個事件收到信號，或是指定的時間超時，就會自動調用這個方法。

這個方法對於AutoResetEvent特別有用。但不太適合ManualResetEvent，因為要手動去調用Reset方法，不然會無限的調用這個方法。

        private void TestAutoCallBack()
        {
            AutoResetEvent mre = new AutoResetEvent(false);
            //設定超時為2000ms
            ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(mre, new WaitOrTimerCallback(WaitCallBack),
                "123", 2000, false);

            //發出一個信號
            mre.Set();

            //故意等代3000ms
            Thread.Sleep(3000);
        }

        //有信號或超時就會調用這個方法
        private void WaitCallBack(object state, bool timeOut)
        {
            Console.WriteLine("is time out = {0}", timeOut);
        }

運行結果：

is time out = False //得到信號時的調用
is time out = True  //超時的調用
is time out = True  //超時的調用