什么是Mutex

“mutex”是術(shù)語(yǔ)“互相排斥（mutually exclusive）”的簡(jiǎn)寫(xiě)形式，也就是互斥量?；コ饬扛R界區(qū)中提到的Monitor很相似，只有擁有互斥對(duì)象的線程才具有訪問(wèn)資源的權(quán)限，由于互斥對(duì)象只有一個(gè)，因此就決定了任何情況下此共享資源都不會(huì)同時(shí)被多個(gè)線程所訪問(wèn)。當(dāng)前占據(jù)資源的線程在任務(wù)處理完后應(yīng)將擁有的互斥對(duì)象交出，以便其他線程在獲得后得以訪問(wèn)資源。互斥量比臨界區(qū)復(fù)雜，因?yàn)槭褂没コ獠粌H僅能夠在同一應(yīng)用程序不同線程中實(shí)現(xiàn)資源的安全共享，而且可以在不同應(yīng)用程序的線程之間實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的安全共享。

.Net中mutex由Mutex類來(lái)表示。

先繞一小段路

在開(kāi)始弄明白Mutex如何使用之前，我們要繞一小段路再回來(lái)。

讀書(shū)的時(shí)候，大家接觸互斥量、信號(hào)量這些玩意兒應(yīng)該是在《操作系統(tǒng)》這一科。所以，其實(shí)這些玩意兒出現(xiàn)的原由是作為OS功能而存在。來(lái)看看Mutex的聲明：

[ComVisibleAttribute(true)]
public sealed class Mutex : WaitHandle

• 類上有個(gè)屬性：ComVisibleAttribute(true)，表明該類成員對(duì)COM成員公開(kāi)。不去管它，只要知道這玩意兒跟COM有關(guān)系了，那大概跟Windows關(guān)系比較密了；
• Mutex它有個(gè)父類：WaitHandle

于是我們不得不再走遠(yuǎn)一些，看看WaitHandel的聲明：

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

WaitHandle實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接口，又繼承了一個(gè)父類?？纯此母割?a rel="external nofollow" target="_blank">MarshalByRefObject：

MarshalByRefObject 類

允許在支持遠(yuǎn)程處理的應(yīng)用程序中跨應(yīng)用程序域邊界訪問(wèn)對(duì)象。

備注：
應(yīng)用程序域是一個(gè)操作系統(tǒng)進(jìn)程中一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序所駐留的分區(qū)。同一應(yīng)用程序域中的對(duì)象直接通信。不同應(yīng)用程序域中的對(duì)象的通信方式有兩種：一種是跨應(yīng)用程序域邊界傳輸對(duì)象副本，一種是使用代理交換消息。

MarshalByRefObject 是通過(guò)使用代理交換消息來(lái)跨應(yīng)用程序域邊界進(jìn)行通信的對(duì)象的基類。

好啦，剩下的內(nèi)容不用再看，否則就繞得太遠(yuǎn)了。我們現(xiàn)在知道Mutex是WaitHandle的子類（偷偷地告訴你，以后要提到的EventWaitHandle、信號(hào)量Semaphore也是，而AutoResetEvent和ManualResetEvent則是它的孫子），而WaitHandle又繼承自具有在操作系統(tǒng)中跨越應(yīng)用程序域邊界能力的MarshalByRefObject類。所以我們現(xiàn)在可以得到一些結(jié)論：

• Mutex是封裝了Win32 API的類，它將比較直接地調(diào)用操作系統(tǒng)“對(duì)應(yīng)”部分功能；而Monitor并沒(méi)有繼承自任何父類，相對(duì)來(lái)說(shuō)是.Net自己“原生”的（當(dāng)然.Net最終還是要靠運(yùn)行時(shí)調(diào)用操作系統(tǒng)的各種API）。相較于Monitor，你可以把Mutex近似看作是一個(gè)關(guān)于Win32互斥量API的殼子。
• Mutex是可以跨應(yīng)用程序/應(yīng)用程序域，因此可以被用于應(yīng)用程序域/應(yīng)用程序間的通信和互斥；Monitor就我們到目前為止所見(jiàn)，只能在應(yīng)用程序內(nèi)部的線程之間通信。其實(shí)，如果用于鎖的對(duì)象派生自MarshalByRefObject，Monitor 也可在多個(gè)應(yīng)用程序域中提供鎖定。
• Mutex由于需要調(diào)用操作系統(tǒng)資源，因此執(zhí)行的開(kāi)銷比Monitor大得多，所以如果僅僅需要在應(yīng)用程序內(nèi)部的線程間同步操作，Monitor/lock應(yīng)當(dāng)是首選。

有點(diǎn)象Monitor？不如當(dāng)它是lock。

好了，終于繞回來(lái)了。來(lái)看看怎么使用Mutex。

• WaitOne() / WaitOne(Int32, Boolean) / WaitOne(TimeSpan, Boolean)：請(qǐng)求所有權(quán)，該調(diào)用會(huì)一直阻塞到當(dāng)前 mutex 收到信號(hào)，或直至達(dá)到可選的超時(shí)間隔。這幾個(gè)方法除了不需要提供鎖定對(duì)象作為參數(shù)外，看起來(lái)與Monitor上的Wait()方法及其重載很相似相似。不過(guò)千萬(wàn)不要誤會(huì)，WaitOne()本質(zhì)上跟Monitor.Enter()/TryEnter()等效，而不是Monitor.Wait()！這是因?yàn)檫@個(gè)WaitOne()并沒(méi)有辦法在獲取控制權(quán)以后象Monitor.Wait()釋放當(dāng)前Mutex，然后阻塞自己。
• ReleaseMutex()：釋放當(dāng)前 Mutex 一次。注意，這里強(qiáng)調(diào)了一次，因?yàn)閾碛谢コ怏w的線程可以在重復(fù)的調(diào)用Wait系列函數(shù)而不會(huì)阻止其執(zhí)行；這個(gè)跟Monitor的Enter()/Exit()可以在獲取對(duì)象鎖后可以被重復(fù)調(diào)用一樣。Mutex被調(diào)用的次數(shù)由公共語(yǔ)言運(yùn)行庫(kù)（CLR）保存，每WaitOne()一次計(jì)數(shù)+1，每ReleaseMutex()一次計(jì)數(shù)-1，只要這個(gè)計(jì)數(shù)不為0，其它Mutex的等待者就會(huì)認(rèn)為這個(gè)Mutex沒(méi)有被釋放，也就沒(méi)有辦法獲得該Mutex。 另外，跟Monitor.Exit()一樣，只有Mutex的擁有者才能RleaseMutex()，否則會(huì)引發(fā)異常。
• 如果線程在擁有互斥體時(shí)終止，我們稱此互斥體被遺棄（Abandoned）。在MSDN里，微軟以警告的方式指出這屬于“嚴(yán)重的”編程錯(cuò)誤。這是說(shuō)擁有mutex的擁有者在獲得所有權(quán)后，WaitOne()和RelaseMutex()的次數(shù)不對(duì)等，調(diào)用者自身又不負(fù)責(zé)任地中止，造成mutex 正在保護(hù)的資源可能會(huì)處于不一致的狀態(tài)。其實(shí)，這無(wú)非就是提醒你記得在try/finally結(jié)構(gòu)中使用Mutex。

由于這兩個(gè)函數(shù)不等效于Monitor的Wait()和Pulse()，所以僅靠這ReleaseMutex()和WaitOne()兩個(gè)方法Mutex還無(wú)法適用于我們那個(gè)例子。

當(dāng)然Mutext上還“算有”其它一些用于同步通知的方法，但它們都是其父類WaitHandle上的靜態(tài)方法。因此它們并不是為Mutex特意“度身訂做”的，與Mutex使用的方式有些不搭調(diào)（你可以嘗試下用Mutex替換Monitor實(shí)現(xiàn)我們之前的場(chǎng)景看看），或者說(shuō)Mutex其實(shí)是有些不情愿的擁有這些方法。我們會(huì)在下一篇關(guān)于EventWaitHandle的Blog中再深入一些地討論Mutex和通知的問(wèn)題。這里暫且讓我們放一放，直接借用MSDN上的示例來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明Mutex的最簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景吧：

// This example shows how a Mutex is used to synchronize access
// to a protected resource. Unlike Monitor, Mutex can be used with
// WaitHandle.WaitAll and WaitAny, and can be passed across
// AppDomain boundaries.

using System;
using System.Threading;

class Test
{
    // Create a new Mutex. The creating thread does not own the
    // Mutex.
    private static Mutex mut = new Mutex();
    private const int numIterations = 1;
    private const int numThreads = 3;

    static void Main()
    {
        // Create the threads that will use the protected resource.
        for(int i = 0; i < numThreads; i++)
        {
            Thread myThread = new Thread(new ThreadStart(MyThreadProc));
            myThread.Name = String.Format("Thread{0}", i + 1);
            myThread.Start();
        }

        // The main thread exits, but the application continues to
        // run until all foreground threads have exited.
    }

    private static void MyThreadProc()
    {
        for(int i = 0; i < numIterations; i++)
        {
            UseResource();
        }
    }

    // This method represents a resource that must be synchronized
    // so that only one thread at a time can enter.
    private static void UseResource()
    {
        // Wait until it is safe to enter.
        mut.WaitOne();

        Console.WriteLine("{0} has entered the protected area",
            Thread.CurrentThread.Name);

        // Place code to access non-reentrant resources here.

        // Simulate some work.
        Thread.Sleep(500);

        Console.WriteLine("{0} is leaving the protected area\r\n",
            Thread.CurrentThread.Name);
        
        // Release the Mutex.
        mut.ReleaseMutex();
    }
}

雖然這只是一個(gè)示意性的實(shí)例，但是我仍然不得不因?yàn)檫@個(gè)示例中沒(méi)有使用try/finally來(lái)保證ReleaseMutex的執(zhí)行而表示對(duì)微軟的鄙視。對(duì)于一個(gè)初學(xué)的人來(lái)說(shuō)，第一個(gè)看到的例子可能會(huì)永遠(yuǎn)影響這個(gè)人使用的習(xí)慣，所以是否在簡(jiǎn)單示意的同時(shí)，也能“簡(jiǎn)單地”給大家show一段足夠規(guī)范的代碼？更何況有相當(dāng)部分的人都是直接copy sample code……一邊告誡所有人Abandoned Mutexes的危害，一邊又給出一段一個(gè)異常就可以輕易引發(fā)這種錯(cuò)誤的sample，MSDN不可細(xì)看。

我不得不說(shuō)Mutex的作用于其說(shuō)象Monitor不如說(shuō)象lock，因?yàn)樗挥械刃в贛onitro.Enter()/Exit()的作用，不同之處在于Mutex請(qǐng)求的鎖就是它自己。正因?yàn)槿绱?，Mutex是可以也是必須（否則哪來(lái)的鎖？）被實(shí)例化的，而不象Monitor是個(gè)Static類，不能有自己的實(shí)例。

全局和局部的Mutex

如果在一個(gè)應(yīng)用程序域內(nèi)使用Mutex，當(dāng)然不如直接使用Monitor/lock更為合適，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)提到Mutex需要更大的開(kāi)銷而執(zhí)行較慢。不過(guò)Mutex畢竟不是Monitor/lock，它生來(lái)應(yīng)用的場(chǎng)景就應(yīng)該是用于進(jìn)程間同步的。

除了在上面示例代碼中沒(méi)有參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)外，Mutex還可以被其它的構(gòu)造函數(shù)所創(chuàng)建：

• Mutex()：用無(wú)參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)得到的Mutex沒(méi)有任何名稱，而進(jìn)程間無(wú)法通過(guò)變量的形式共享數(shù)據(jù)，所以沒(méi)有名稱的Mutex也叫做局部（Local）Mutex。另外，這樣創(chuàng)建出的Mutex，創(chuàng)建者對(duì)這個(gè)實(shí)例并沒(méi)有擁有權(quán)，仍然需要調(diào)用WaitOne()去請(qǐng)求所有權(quán)。
• Mutex(Boolean initiallyOwned)：與上面的構(gòu)造函數(shù)一樣，它只能創(chuàng)建沒(méi)有名稱的局部Mutex，無(wú)法用于進(jìn)程間的同步。Boolean參數(shù)用于指定在創(chuàng)建者創(chuàng)建Mutex后，是否立刻獲得擁有權(quán)，因此Mutex(false)等效于Mutex()。
• Mutex(Boolean initiallyOwned, String name)：在這個(gè)構(gòu)造函數(shù)里我們除了能指定是否在創(chuàng)建后獲得初始擁有權(quán)外，還可以為這個(gè)Mutex取一個(gè)名字。只有這種命名的Mutex才可以被其它應(yīng)用程序域中的程序所使用，因此這種Mutex也叫做全局（Global）Mutex。如果String為null或者空字符串，那么這等同于創(chuàng)建一個(gè)未命名的Mutex。因?yàn)榭赡苡衅渌绦蛳扔谀銊?chuàng)建了同名的Mutex，因此返回的Mutex實(shí)例可能只是指向了同名的Mutex而已。但是，這個(gè)構(gòu)造函數(shù)并沒(méi)有任何機(jī)制告訴我們這個(gè)情況。因此，如果要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)命名的Mutex，并且期望知道這個(gè)Mutex是否由你創(chuàng)建，最好使用下面兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)中的任意一個(gè)。最后，請(qǐng)注意name是大小寫(xiě)敏感的。
• Mutex(Boolean initiallyOwned, String name, out Boolean createdNew)：頭兩個(gè)參數(shù)與上面的構(gòu)造函數(shù)相同，第三個(gè)out參數(shù)用于表明是否獲得了初始的擁有權(quán)。這個(gè)構(gòu)造函數(shù)應(yīng)該是我們?cè)趯?shí)際中使用較多的。
• Mutex(Boolean initiallyOwned, String name, out Booldan createdNew, MutexSecurity)：多出來(lái)的這個(gè)MutexSecurity參數(shù)，也是由于全局Mutex的特性所決定的。因?yàn)榭梢栽诓僮飨到y(tǒng)范圍內(nèi)被訪問(wèn)，因此它引發(fā)了關(guān)于訪問(wèn)權(quán)的安全問(wèn)題，比如哪個(gè)Windows賬戶運(yùn)行的程序可以訪問(wèn)這個(gè)Mutex，是否可以修改這個(gè)Mutext等等。關(guān)于Mutex安全性的問(wèn)題，這里并不打算仔細(xì)介紹了，看看這里應(yīng)該很容易明白。

另外，Mutex還有兩個(gè)重載的OpenExisting()方法可以打開(kāi)已經(jīng)存在的Mutex。

Mutex的用途

如前所述，Mutex并不適合于有相互消息通知的同步；另一方面而我們也多次提到局部Mutex應(yīng)該被Monitor/lock所取代；而跨應(yīng)用程序的、相互消息通知的同步由將在后面講到的EventWaiteHandle/AutoResetEvent/ManualResetEvent承擔(dān)更合適。所以，Mutex在.net中應(yīng)用的場(chǎng)景似乎不多。不過(guò)，Mutex有個(gè)最常見(jiàn)的用途：用于控制一個(gè)應(yīng)用程序只能有一個(gè)實(shí)例運(yùn)行。

using System;
using System.Threading;

class MutexSample
{
    private static Mutex mutex = null;  //設(shè)為Static成員，是為了在整個(gè)程序生命周期內(nèi)持有Mutex

    static void Main()
    {
        bool firstInstance;
       
        mutex = new Mutex(true, @"Global\MutexSampleApp", out firstInstance);
        try
        {
            if (!firstInstance)
            {
                Console.WriteLine ("已有實(shí)例運(yùn)行，輸入回車退出……");
                Console.ReadLine();
                return;
            }
            else
            {
                Console.WriteLine ("我們是第一個(gè)實(shí)例！");
                for (int i=60; i > 0; --i)
                {
                    Console.WriteLine (i);
                    Thread.Sleep(1000);
                }
            }
        }
        finally
        {
            //只有第一個(gè)實(shí)例獲得控制權(quán)，因此只有在這種情況下才需要ReleaseMutex，否則會(huì)引發(fā)異常。
            if (firstInstance)
            {
                mutex.ReleaseMutex();
            }
            mutex.Close();
            mutex = null;
        }
    }
}

這是一個(gè)控制臺(tái)程序，你可以在編譯后嘗試一次運(yùn)行多個(gè)程序，結(jié)果當(dāng)然總是只有一個(gè)程序在倒數(shù)計(jì)時(shí)。你可能會(huì)在互聯(lián)網(wǎng)上找到其它實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序單例的方法，比如利用 Process 查找進(jìn)程名、利用Win32 API findwindow 查找窗體的方式等等，不過(guò)這些方法都不能保證絕對(duì)的單例。因?yàn)槎噙M(jìn)程和多線程是一樣的，由于CPU時(shí)間片隨機(jī)分配的原因，可能出現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)檢查到?jīng)]有其它實(shí)例運(yùn)行的狀況。這點(diǎn)在CPU比較繁忙的情況下容易出現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)的例子比如傲游瀏覽器。即便你設(shè)置了只允許一個(gè)實(shí)例運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)比較忙的時(shí)候，只要你嘗試多次打開(kāi)瀏覽器，那就有可能“幸運(yùn)”的打開(kāi)若干獨(dú)立的瀏覽器窗口。

別忘了，要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的單例，需要在在整個(gè)應(yīng)用程序運(yùn)行過(guò)程中都保持Mutex，而不只是在程序初始階段。所以，例子中Mutex的建立和銷毀代碼包裹了整個(gè)Main()函數(shù)。

使用Mutex需要注意的兩個(gè)細(xì)節(jié)

• 可能你已經(jīng)注意到了，例子中在給Mutex命名的字符串里給出了一個(gè)“Global\”的前綴。這是因?yàn)樵谶\(yùn)行終端服務(wù)（或者遠(yuǎn)程桌面）的服務(wù)器上，已命名的全局 mutex 有兩種可見(jiàn)性。如果名稱以前綴“Global\”開(kāi)頭，則 mutex 在所有終端服務(wù)器會(huì)話中均為可見(jiàn)。如果名稱以前綴“Local\”開(kāi)頭，則 mutex 僅在創(chuàng)建它的終端服務(wù)器會(huì)話中可見(jiàn)，在這種情況下，服務(wù)器上各個(gè)其他終端服務(wù)器會(huì)話中都可以擁有一個(gè)名稱相同的獨(dú)立 mutex。如果創(chuàng)建已命名 mutex 時(shí)不指定前綴，則它將采用前綴“Local\”。在終端服務(wù)器會(huì)話中，只是名稱前綴不同的兩個(gè) mutex 是獨(dú)立的 mutex，這兩個(gè) mutex 對(duì)于終端服務(wù)器會(huì)話中的所有進(jìn)程均為可見(jiàn)。即：前綴名稱“Global\”和“Local\”僅用來(lái)說(shuō)明 mutex 名稱相對(duì)于終端服務(wù)器會(huì)話（而并非相對(duì)于進(jìn)程）的范圍。最后需要注意“Global\”和“Local\”是大小寫(xiě)敏感的。
• 既然父類實(shí)現(xiàn)了IDisposalble接口，那么說(shuō)明這個(gè)類一定需要你手工釋放那些非托管的資源。所以必須使用try/finally，亦或我討厭的using，調(diào)用Close()方法來(lái)釋放Mutex所占用的所有資源！

題外話：

很奇怪，Mutex的父類WaitHandle實(shí)現(xiàn)了IDisposable，但是我們?cè)贛utex上卻找不到Dispose()方法，由于這個(gè)原因上面代碼的finally中我們用的是Close()來(lái)釋放Mutex所占用的資源。其實(shí)，這里的Close()就等效于Dispose()，可這是為什么？

再去看看WaitHandle，我們發(fā)現(xiàn)它實(shí)現(xiàn)的Disopose()方法是protected的，因此我們沒(méi)有辦法直接調(diào)用它。而它公開(kāi)了一個(gè)Close()方法給調(diào)用者們用于替代Dispose()，因此Mutex上也就只有Close()?？蛇@又是為什么？

話說(shuō).Net最初的設(shè)計(jì)師是微軟從Borland公司挖過(guò)來(lái)的，也就是Delphi之父。熟悉Delphi的人都知道，Object Pascal構(gòu)架中用于釋放資源的方法就是Dispose()，所以Dispose()也成為.Net構(gòu)架中的重要的一員。

不過(guò)從語(yǔ)義上來(lái)講，對(duì)于文件、網(wǎng)絡(luò)連接之類的資源“Close”比“Dispose”更符合我們的習(xí)慣。因此“體貼”的微軟為了讓用戶（也就是我們這些寫(xiě)代碼的人）更“舒服”，在這種語(yǔ)義上更適合用Close的資源上，總是提供Close()作為Disopose()的公共實(shí)現(xiàn)。其實(shí)Close()內(nèi)部不過(guò)是直接調(diào)用Dispose()而已。對(duì)于這種做法，我在感動(dòng)之余實(shí)在覺(jué)得有些多余了，到底要把一個(gè)東西搞得多么千變?nèi)f化才肯罷休？

如果你實(shí)在喜歡Dispose()，那么可以用向上轉(zhuǎn)型 ((IDisposable)((WaitHandle)mutex)).Dispose()把它找出來(lái)。即強(qiáng)制把mutex轉(zhuǎn)換為WaitHandle，然后再把WaitHandle強(qiáng)制轉(zhuǎn)型為IDisposable，而IDisposable上的Dispose()是public的。不過(guò)我們終究并不確定Mutex以及WaitHandle的Close()中到底是不是在override的時(shí)候加入了什么邏輯，所以還是老老實(shí)實(shí)用Close()好了～

到此這篇關(guān)于c#互斥鎖Mutex類用法介紹的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。