[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]、lock(this)与lock(typeof(...))-白红宇

对于稍微有点经验的.NET开发人员来说，倘若被问及如何保持线程同步，我想很多人都能说好好几种。在众多的线程同步的可选方式中，加锁无疑是最为常用的。如果仅仅是基于方法级别的线程同步，使用System.Runtime.CompilerServices.MethodImplAttribute无疑是最为简洁的一种方式。MethodImplAttribute可以用于instance method，也可以用于static method。当在某个方法上标注了MethodImplAttribute，并指定MethodImplOptions.Synchronized参数，可以确保在不同线程中运行的该方式以同步的方式运行。我们几天来讨论MethodImplAttribute（MethodImplOptions.Synchronized）和lock的关系。

一、提出结论

在进行讨论之前，我先提出下面3个结论：

[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]仍然采用加锁的机制实现线程的同步。

如果[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]被应用到instance method，相当于对当前实例加锁。

如果[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]被应用到static method，相当于当前类型加锁

二、基于instance method的线程同步

为了验证我们上面提出的结论，我作了一个小小的例子。在一个console application中定义了一个class：SyncHelper，其中定义了一个方法Execute。打印出方法执行的时间，并休眠当前线程模拟一个耗时的操作：

class SyncHelper
{
    public void Execute()
    {
        Console.WriteLine("Excute at {0}", DateTime.Now);
        Thread.Sleep(5000);
    }
}

在入口Main方法中，创建SyncHelper对象，通过一个System.Threading.Timer对象实现每隔1s调用该对象的Execute方法：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        SyncHelper helper = new SyncHelper();
        Timer timer = new Timer(
        delegate
        {
            helper.Execute();
        }, null, 0, 1000);
 
        Console.Read();
 
    }
}
 

由于Timer对象采用异步的方式进行调用，所以虽然Execute方法的执行时间是5s，但是该方法仍然是每隔1s被执行一次。这一点从最终执行的结果可以看出：

为了让同一个SyncHelper对象的Execute方法同步执行，我们在Execute方法上添加了如下一个MethodImplAttribute：

[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
public void Execute()
{
    Console.WriteLine("Excute at {0}", DateTime.Now);
    Thread.Sleep(5000);
}

从如下的输出结果我们可以看出Execute方法是以同步的方式执行的，因为两次执行的间隔正式Execute方法执行的时间：

在一开始我们提出的结论中，我们提到“如果[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]被应用到instance method，相当于对当前实例加锁”。说得直白一点：[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)] = lock(this)。我们可以通过下面的实验验证这一点。为此，在SyncHelper中定义了一个方法LockMyself。在此方法中对自身加锁，并持续5s中，并答应加锁和解锁的时间。

public void LockMyself()
{
   lock (this)
    {
        Console.WriteLine("Lock myself at {0}", DateTime.Now);
        Thread.Sleep(5000);
        Console.WriteLine("Unlock myself at {0}", DateTime.Now);
    }
}

我们在Main（）中以异步的方式（通过创建新的线程的方式）调用该方法：

static void Main(string[] args)
{
    SyncHelper helper = new SyncHelper();
 
    Thread thread = new Thread(
        delegate()
        {
 
             helper.LockMyself();
 
        });
    thread.Start();
    Timer timer = new Timer(
    delegate
    {
        helper.Execute();
    }, null, 0, 1000);
 
    Console.Read();
}

结合我们的第二个结论想想最终的输出会是如何。由于LockMyself方法是在另一个线程中执行，我们可以简单讲该方法的执行和Execute的第一个次执行看作是同时的。但是MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]果真是通过lock(this)的方式实现的话，Execute必须在等待LockMyself方法执行结束将对自身的锁释放后才能得以执行。也就是说LockMyself和第一次Execute方法的执行应该相差5s。而输出的结果证实了这点：

三、基于static method的线程同步

讨论完再instance method上添加MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]的情况，我们相同的方式来讨论倘若一样的MethodImplAttribute被应用到static方法，又会使怎样的结果。

我们先将Execute方法上的MethodImplAttribute注释掉，并将其改为static方法：

//[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
public static void Execute()
{
    Console.WriteLine("Excute at {0}", DateTime.Now);
    Thread.Sleep(5000);
}

在Main方法中，通过Timer调用该static方法：

static void Main(string[] args)
{
    Timer timer = new Timer(
    delegate
    {
        SyncHelper.Execute();
    }, null, 0, 1000);
 
    Console.Read();
}

毫无疑问，Execute方法将以1s的间隔异步地执行，最终的输出结果如下：

然后我们将对[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]的注释取消：

[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
public static void Execute()
{
    Console.WriteLine("Excute at {0}", DateTime.Now);
    Thread.Sleep(5000);
}

最终的输出结果证实了Execute将会按照我们期望的那样以同步的方式执行，执行的间隔正是方法执行的时间：

我们回顾一下第三个结论：“如果[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]被应用到static method，相当于当前类型加锁”。为了验证这个结论，在SyncHelper中添加了一个新的static方法：LockType。该方法对SyncHelper tpye加锁，并持续5s中，在加锁和解锁是打印出当前时间：

public static void LockType()
{
    lock (typeof(SyncHelper))
    {
        Console.WriteLine("Lock SyncHelper type at {0}", DateTime.Now);
        Thread.Sleep(5000);
        Console.WriteLine("Unlock SyncHelper type at {0}", DateTime.Now);
    }
}

在Main中，像验证instance method一样，创建新的线程执行LockType方法：

static void Main(string[] args)
{
    Thread thread = new Thread(
        delegate()
        {
            SyncHelper.LockType();
        });
    thread.Start();
 
    Timer timer = new Timer(
    delegate
    {
        SyncHelper.Execute();
    }, null, 0, 1000);
 
    Console.Read();
}
 

如果基于static method的[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]是通过对Type进行加锁实现。那么通过Timer轮询的第一个Execute方法需要在LockType方法执行完成将对SyncHelper type的锁释放后才能执行。所以如果上述的结论成立，将会有下面的输出：

四、总结

对于加锁来说，锁的粒度的选择显得至关重要。在不同的场景中需要选择不同粒度的锁。如果选择错误往往会对性能造成很到的影响，严重时还会引起死锁。就拿[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.Synchronized)]来说，如果开发人员对它的实现机制不了解，很有可能使它lock(this)或者lock(typeof(…))并存，造成方法得不到及时地执行。

最后说一句题外话，因为字符串驻留机制的存在，切忌对string进行加锁。

作者：蒋金楠

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