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1. 临界区与 lock 关键字

   核心作用：
   

   通过将多线程访问串行化，保护共享资源或代码段。lock 关键字是 Monitor 类的语法糖，提供异常安全的临界区实现。

   实现示例：

   // 创建私有静态只读对象
   // private static readonly object _lockObj = new object();
   private static readonly System.Threading.Lock _locker = new(); // .NET 9+ 推荐使用 Lock 类型，避免传统 object 的性能损耗
   
   public void ThreadSafeMethod()
   {
       lock (_lockObj) 
       {
           // 临界区代码（每次仅一个线程可进入）
       }
   }

   超时机制：

   高并发场景可结合 Monitor.TryEnter 设置超时，避免无限等待：

   
   

   if (Monitor.TryEnter(lockObject, TimeSpan.FromSeconds(1)))
   {
       try { /* 操作 */ }
       finally { Monitor.Exit(lockObject); }
   }

   关键特性：

   用户态锁（无内核切换开销）

   自动调用Monitor.Enter和Monitor.Exit

   必须使用专用私有对象作为锁标识

   注意事项：

   ❌ 避免锁定this、Type实例或字符串（易引发死锁）

   ❌ 避免嵌套锁（需严格按顺序释放）

   ✅ 推荐readonly修饰锁对象

   ❌ lock 不适用于异步代码（async/await），需使用 SemaphoreSlim 实现异步锁

   lock 示例

    

2. 互斥锁（Mutex）

   核心作用：

   系统级内核锁，支持跨进程同步，但性能开销较高（用户态/内核态切换）。

   实现示例：

   using var mutex = new Mutex(false, "Global\\MyAppMutex");
   
   try 
   {
       // 等待锁（最大等待时间500ms）
       if (mutex.WaitOne(500)) 
       {
           // 临界区代码
       }
   }
   finally 
   {
       if (mutex != null)
       {
           mutex.ReleaseMutex();
       }
   }

   关键特性：

   支持跨应用程序域同步

   线程终止时自动释放锁

   支持命名互斥体（系统全局可见）

   适用场景：

   单实例应用程序控制

   进程间共享文件访问

   硬件设备独占访问

   Mutex 示例

    

3. 信号量（Semaphore）

   核心作用：

   通过许可计数器控制并发线程数，SemaphoreSlim为轻量级版本（用户态实现）。

   实现对比：

   类型	跨进程	性能	最大许可数
   Semaphore	✔️	低	系统限制
   SemaphoreSlim	❌	高	Int32.Max

   代码示例：

   // 创建初始3许可、最大5许可的信号量
   var semaphore = new SemaphoreSlim(3, 5);
   
   semaphore.Wait();  // 获取许可
   try 
   {
       // 资源访问代码
   }
   finally 
   {
       semaphore.Release();
   }

   异步编程

   private readonly SemaphoreSlim _asyncLock = new(1, 1);
   public async Task UpdateAsync()
   {
       await _asyncLock.WaitAsync();
       try { /* 异步操作 */ }
       finally { _asyncLock.Release(); }
   }

   典型应用：

   数据库连接池（限制最大连接数）

   API 请求限流

   批量任务并发控制

   Semaphore 示例

    
   

4. 事件（Event）

   核心机制：

   通过信号机制实现线程间通知，分为两种类型：

   类型	信号重置方式	唤醒线程数
   AutoResetEvent	自动	单个
   ManualResetEvent	手动	所有

   使用示例：

   var autoEvent = new AutoResetEvent(false);
   
   // 等待线程
   Task.Run(() => 
   {
       autoEvent.WaitOne();
       // 收到信号后执行
   });
   
   // 信号发送线程
   autoEvent.Set();  // 唤醒一个等待线程

   高级用法：

   配合WaitHandle.WaitAll实现多事件等待

   使用ManualResetEventSlim提升性能

   AutoResetEvent 示例

    
   

5. 读写锁（ReaderWriterLockSlim）

   核心优势：

   实现读写分离的并发策略，适合读多写少场景（如缓存系统）。

   锁模式对比：

   模式	并发性	升级支持
   读模式(EnterReadLock)	多线程并发读	❌
   写模式(EnterWriteLock)	独占访问	❌
   可升级模式	单线程读→写	✔️

   代码示例：

   var rwLock = new ReaderWriterLockSlim();
   
   // 读操作
   rwLock.EnterReadLock();
   try 
   {
       // 只读访问
   }
   finally 
   {
       rwLock.ExitReadLock();
   }
   
   // 写操作
   rwLock.EnterWriteLock();
   try 
   {
       // 排他写入
   }
   finally 
   {
       rwLock.ExitWriteLock();
   }

   最佳实践：

   优先使用ReaderWriterLockSlim（旧版有死锁风险）

   避免长时间持有读锁（可能饿死写线程）

   ReaderWriterLockSlim 示例
   

6. 原子操作（Interlocked）

   原理：

   通过CPU指令实现无锁线程安全操作。

   常用方法：

   int counter = 0;
   Interlocked.Increment(ref counter);      // 原子递增
   Interlocked.Decrement(ref counter);      // 原子递减
   Interlocked.CompareExchange(ref value, newVal, oldVal);  // CAS操作

   适用场景：

   简单计数器

   标志位状态切换

   无锁数据结构实现

    

7. 自旋锁（SpinLock）

   核心特点：

   通过忙等待（busy-wait）避免上下文切换，适用极短临界区（<1微秒）。

   实现示例：

   private SpinLock _spinLock = new SpinLock();
   
   public void CriticalOperation()
   {
       bool lockTaken = false;
       try 
       {
           _spinLock.Enter(ref lockTaken);
           // 极短临界区代码
       }
       finally 
       {
           if (lockTaken) _spinLock.Exit();
       }
   }

   优化技巧：

   单核CPU需调用Thread.SpinWait或Thread.Yield

   配合SpinWait结构实现自适应等待

    

8. 同步机制对比指南

   机制	跨进程	开销级别	最佳适用场景
   lock	❌	低	通用临界区保护
   Mutex	✔️	高	进程间资源独占
   Semaphore	✔️	中	并发数限制（跨进程）
   SemaphoreSlim	❌	低	并发数限制（进程内）
   ReaderWriterLockSlim	❌	中	读多写少场景
   SpinLock	❌	极低	纳秒级临界区
   Interlocked	-	无锁	简单原子操作

选择原则：

1. 优先考虑用户态锁（lock/SpinLock/SemaphoreSlim）

2. 跨进程需求必须使用内核对象（Mutex/Semaphore）

3. 读写比例超过10:1时考虑读写锁

4. 自旋锁仅用于高频短操作（如链表指针修改）

通过以上结构化的分类和对比，开发者可以更精准地选择适合特定场景的线程同步方案。建议在实际使用中配合性能分析工具（如BenchmarkDotNet）进行量化验证。

💡 ASP.NET 的异步编程（async/await）本质是单进程内的线程调度，不算“跨进程”。每个 IIS 应用程序池对应一个独立的工作进程（w3wp.exe），不同用户访问同一应用程序池下的 ASP.NET 网站，两者的请求均由同一个 w3wp.exe 进程处理。可能跨进程的场景有：Web Garden 配置、多应用程序池部署等。

在 C# 中，除了常规锁机制（如 lock、Mutex、Semaphore 等），还有一些内置类型通过内部锁或无锁设计实现线程安全。以下是常见的几类：

1. 线程安全集合（System.Collections.Concurrent）这些集合通过细粒度锁或无锁算法（如 CAS）实现线程安全，适合高并发场景。

• ConcurrentDictionary：分段锁机制，将数据分片存储，每个分片独立加锁，减少锁竞争。

• ConcurrentQueue / ConcurrentStack：基于原子操作（Interlocked）保证线程安全。

• ConcurrentBag：每个线程维护本地存储，减少争用，适合频繁添加和移除的场景。

• BlockingCollection：基于 ConcurrentQueue 和信号量（SemaphoreSlim）实现生产-消费者模式，支持阻塞和超时。

2. 不可变集合（System.Collections.Immutable） 通过数据不可变性实现线程安全（无需锁），每次修改返回新对象。

3. Lazy 的线程安全初始化（Lazy<T>） 通过锁或 Interlocked 确保延迟初始化的线程安全。

4. 通道（System.Threading.Channels）用于异步生产-消费者模型，内部通过锁和信号量管理容量限制。

5. 内存缓存（System.Runtime.Caching.MemoryCache）内部使用锁保护共享状态，确保线程安全。

6. 原子操作类型（Interlocked 类、Volatile 关键字、Unsafe 类）通过 CPU 指令实现无锁线程安全。

7. 其他同步工具（Barrier、CountdownEvent）虽然不是严格意义上的锁，但用于协调线程。