C#锁构造误区（附msdn代码示例）

Question

我对使用 C# lock 构造的一件事感兴趣 现在来自 MSDN 的示例，然后是主要问题：

以下示例使用线程和锁。只要 lock 语句存在，语句块就是临界区，balance 永远不会变成负数。

class Account
{
    private Object thisLock = new Object();
    int balance;

    Random r = new Random();

    public Account(int initial)
    {
        balance = initial;
    }

    int Withdraw(int amount)
    {

        // This condition never is true unless the lock statement
        // is commented out.
        if (balance < 0)
        {
            throw new Exception("Negative Balance");
        }

        // Comment out the next line to see the effect of leaving out 
        // the lock keyword.
        lock (thisLock)
        {
            if (balance >= amount)
            {
                Console.WriteLine("Balance before Withdrawal :  " + balance);
                Console.WriteLine("Amount to Withdraw        : -" + amount);
                balance = balance - amount;
                Console.WriteLine("Balance after Withdrawal  :  " + balance);
                return amount;
            }
            else
            {
                return 0; // transaction rejected
            }
        }
    }

    public void DoTransactions()
    {
        for (int i = 0; i < 100; i++)
        {
            Withdraw(r.Next(1, 100));
        }
    }
}

class Test
{
    static void Main()
    {
        Thread[] threads = new Thread[10];
        Account acc = new Account(1000);
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            Thread t = new Thread(new ThreadStart(acc.DoTransactions));
            threads[i] = t;
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            threads[i].Start();
        }

        //block main thread until all other threads have ran to completion.
        foreach (var t in threads)
            t.Join();
    }
}

我不明白为什么使用lock 帐户余额不会减负；它总是以0 余额结束编译。 P.S 对不起我的英语。

Answer 1

锁在这个例子中按预期工作，在启动多个线程时，它们都会尝试从帐户中退出，这可能会导致非常糟糕的功能。怎么样？
好吧，假设当前余额为 40，线程 1 尝试提取 40，线程 2 尝试提取 20，如果没有锁，它们都会成功，并且余额将是 -20，这是不能接受的。

现在让您真正关心的是，为什么余额没有变为负数？简单：

lock (thisLock)
    {
        if (balance >= amount)
        {
            Console.WriteLine("Balance before Withdrawal :  " + balance);
            Console.WriteLine("Amount to Withdraw        : -" + amount);
            balance = balance - amount;
            Console.WriteLine("Balance after Withdrawal  :  " + balance);
            return amount;
        }
        else
        {
            return 0; // transaction rejected
        }
    }

锁将确保每个线程只有在余额可用时才会退出，因此条件if (balance >= amount)加上if (balance < 0)将确保余额不会变为负数。

如果您记录每个线程提取的金额，您可以看到详细信息：

Console.WriteLine(Withdraw(r.Next(1, 100)));

您会看到其中很多会在一段时间后输出 0，因为帐户不再有余额，因此触发了 return 0。

Answer 2

您正在生成十个线程，它们几乎同时启动并同时运行。 Console.WriteLine 调用与递减操作相比是耗时的，因此没有lock 多个线程可以并且将进入由if (balance >= amount) 保护的语句块（因为到那时可能仍然有足够的余额）而任何其他线程已经即将到达并执行balance = balance - amount 语句。

（没有Console.WriteLine 调用，问题是一样的 - 竞争的可能性可能会更低，但仍然需要lock，除非关键部分是原子操作）。

使用lock，不会有两个线程同时进入临界区，因此如果进入临界区时余额已经为零，它将安全地分支到else 块上面写着“交易被拒绝”。

我认为，一旦您意识到这是锁定语法的真正目的 - 防止需要序列化读取和/或写入访问的资源出现竞争条件（这里，资源是平衡变量），您的误解就会得到解决）。从那里开始，下一个挑战是volatile 关键字documented here

Answer 3

我不是 100% 确定的，但我假设 MSDN 提供的示例以类似生产者 - 消费者的模式显示了这一点。如果没有lock，多个线程处理同一数据（即balance 变量）可能会意外出错。 lock 确保在任何给定时间只有一个线程可以读取和写入 balance。