文章目录
- 原理
- 1. **互斥**（Mutual Exclusion）:
- 2. **缓存一致性与内存屏障**：
- 3. **操作系统的支持**：
- 4. **编程语言级别的实现**：
- 5. **避免死锁**：
- 图示
- 实例1
- 实例2
原理
线程锁的原理主要是为了在多线程环境下提供对共享资源访问的同步机制，防止多个线程同时读写同一数据导致的数据不一致、竞态条件和死锁等问题。以下是线程锁基本工作原理的概述：
1. 互斥（Mutual Exclusion）:
线程锁的核心原理是互斥，即在同一时刻，只有一个线程能够获得锁并执行临界区（Critical Section）内的代码。当一个线程进入临界区时，它会先获取锁，此时其他试图获取该锁的线程将被阻塞或挂起，直到持有锁的线程执行完临界区内的代码，并释放锁。
2. 缓存一致性与内存屏障：
在现代CPU架构中，为了提高性能，每个处理器都有自己的高速缓存，这就可能导致不同线程看到的数据不一致。线程锁在硬件层面通常配合内存屏障（Memory Barrier）使用，确保缓存中的数据在锁的获取和释放时与主内存保持一致，即修改后的数据会被及时刷新到主内存，而其他线程在获取锁后能从主内存重新加载最新的数据。
3. 操作系统的支持：
在操作系统层面，比如Linux系统中，通过pthread_mutex_t这样的互斥量来实现线程锁。操作系统内核提供了原子操作来管理这些互斥量的状态，使得加锁、解锁的过程对于所有参与竞争的线程都是可见且有序的。
4. 编程语言级别的实现：
在C#等高级编程语言中，可以通过关键字如lock（C#）或者synchronized（Java）来简化线程锁的使用。例如，在C#中，lock (obj)语句会隐式地调用Monitor类的Enter和Exit方法，从而实现对指定对象的加锁和解锁操作。
5. 避免死锁：
为了避免死锁的发生，线程锁的使用需要遵循一定的规则，如避免循环等待锁的情况，以及在持有锁的情况下尽量不要尝试获取其他锁（除非满足特定的锁顺序）。
总结起来，线程锁通过强制单一线程在某一时刻独占资源，以及协调各个线程之间的执行顺序，来达到多线程环境下的资源共享安全和数据一致性。
图示
在Unity中，线程锁（Thread Lock）是一种同步机制，用于保护多线程环境下的共享资源不被多个线程同时访问和修改。由于Unity引擎本身主要运行在一个单线程（即主线程）上，但现代Unity项目中经常使用多线程处理耗时操作，如网络通信、文件I/O、计算密集型任务等，这时线程锁就显得尤为重要。
Unity中的线程锁通常采用C#的标准库System.Threading命名空间下的Mutex、Monitor或Semaphore类来实现，最常用的是Monitor类以及其提供的Enter和Exit方法，或者更简洁的lock关键字。
实例1
例如，假设我们有一个在多线程环境中需要安全访问和修改的共享数据结构：
public class ThreadSafeExample : MonoBehaviour
{
// 共享资源
private Queue<string> messageQueue = new Queue<string>();
private object queueLock = new object(); // 创建一个对象作为锁
// 线程A：添加消息到队列
private void EnqueueMessage(string msg)
{
lock (queueLock) // 使用lock语句进行加锁
{
messageQueue.Enqueue(msg);
Debug.Log("Enqueued message: " + msg);
}
}
// 线程B：从队列中取出并处理消息
private void ProcessNextMessage()
{
string msg;
lock (queueLock) // 同样在此区域加锁
{
if (messageQueue.Count > 0)
{
msg = messageQueue.Dequeue();
}
else
{
msg = null;
}
}
if (msg != null)
{
Debug.Log("Processing message: " + msg);
// 这里处理消息...
}
}
// 启动线程
private void StartThreads()
{
Thread sendThread = new Thread(EnqueueMessages);
Thread receiveThread = new Thread(ProcessMessages);
sendThread.Start();
receiveThread.Start();
}
}
在这个例子中，queueLock对象作为线程锁来确保当一个线程正在向队列中添加消息时，另一个线程不会同时尝试从队列中移除消息。通过使用lock关键字，我们可以创建一段互斥代码块，同一时刻只有一个线程能够执行这段代码，从而避免了竞态条件和其他并发问题。
实例2
当然，线程锁的使用场景非常广泛，下面是一个Unity中使用线程进行异步加载资源，并利用线程锁确保资源安全加载和访问的例子：
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Threading;
using System.Collections.Generic;
public class ThreadSafeResourceLoader : MonoBehaviour
{
private readonly object resourceLock = new object();
private Dictionary<string, Texture2D> loadedTextures = new Dictionary<string, Texture2D>();
public void LoadTextureAsync(string texturePath)
{
var thread = new Thread(() =>
{
Texture2D texture = null;
// 异步加载资源
WWW www = new WWW("file://" + texturePath);
while (!www.isDone) { /* 等待加载完成 */ }
if (string.IsNullOrEmpty(www.error))
{
texture = www.texture;
}
else
{
Debug.LogError("Failed to load texture: " + www.error);
}
// 使用线程锁安全地将加载好的资源添加到字典
lock (resourceLock)
{
loadedTextures[texturePath] = texture;
}
});
thread.Start();
}
public Texture2D GetLoadedTexture(string texturePath)
{
Texture2D texture = null;
// 使用线程锁安全地从字典中获取已加载的资源
lock (resourceLock)
{
loadedTextures.TryGetValue(texturePath, out texture);
}
return texture;
}
}
在这个例子中，LoadTextureAsync方法在新线程中异步加载纹理资源，加载完成后通过线程锁resourceLock安全地将加载好的纹理添加到loadedTextures字典中。同时，在主线程或其他线程调用GetLoadedTexture方法时，同样需要通过线程锁确保在读取已加载纹理时不会发生竞态条件。
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