C#使用读写锁解决多线程并发问题

时间：2023-02-16 09:33:45|栏目：.NET代码|点击：次

一、简介

在开发程序的过程中，难免少不了写入错误日志这个关键功能。实现这个功能，可以选择使用第三方日志插件，也可以选择使用数据库，还可以自己写个简单的方法把错误信息记录到日志文件。现在我们来讲下最后一种方法：

在选择最后一种方法实现的时候，若对文件操作与线程同步不熟悉，问题就有可能出现了，因为同一个文件并不允许多个线程同时写入，否则会提示“文件正在由另一进程使用，因此该进程无法访问此文件”。这是文件的并发写入问题，就需要用到线程同步。而微软也给线程同步提供了一些相关的类可以达到这样的目的，本文使用到的 System.Threading.ReaderWriterLockSlim 便是其中之一。该类用于管理资源访问的锁定状态，可实现多线程读取或进行独占式写入访问。利用这个类，我们就可以避免在同一时间段内多线程同时写入一个文件而导致的并发写入问题。读写锁是以 ReaderWriterLockSlim 对象作为锁管理资源的，不同的 ReaderWriterLockSlim 对象中锁定同一个文件也会被视为不同的锁进行管理，这种差异可能会再次导致文件的并发写入问题，所以 ReaderWriterLockSlim 应尽量定义为只读的静态对象。
ReaderWriterLockSlim 有几个关键的方法，本文仅讨论写入锁：

1.调用 EnterWriteLock 方法进入写入状态，在调用线程进入锁定状态之前一直处于阻塞状态，因此可能永远都不返回。
2.调用 TryEnterWriteLock 方法进入写入状态，可指定阻塞的间隔时间，如果调用线程在此间隔期间并未进入写入模式，将返回false。
3.调用 ExitWriteLock 方法退出写入状态，应使用 finally 块执行 ExitWriteLock 方法，从而确保调用方退出写入模式。

二、不使用读写锁写入文件：

代码：

class Program
    {
        static int LogCount = 100;
        static int WritedCount = 0;
        static int FailedCount = 0;
        static void Main(string[] args)
        {
            //迭代运行写入日志记录，由于多个线程同时写入同一个文件将会导致错误
            Parallel.For(0, LogCount, e =>
            {
                WriteLog1();
            });
            Console.WriteLine(string.Format("\r\nLog Count:{0}.\t\tWrited Count:{1}.\tFailed Count:{2}.", LogCount.ToString(), WritedCount.ToString(), FailedCount.ToString()));
            Console.Read();
        }
        #region 未加入读写锁
        //不使用读写锁写入文件
        static void WriteLog1()
        {
            try
            {
                var logFilePath = "log.txt";
                var now = DateTime.Now;
                var logContent = string.Format("Tid: {0}{1} {2}.{3}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString().PadRight(4), now.ToLongDateString(), now.ToLongTimeString(), now.Millisecond.ToString());
                File.AppendAllText(logFilePath, logContent);
                WritedCount++;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                FailedCount++;
                Console.WriteLine(ex.Message);
            }
        }
        #endregion
    }

运行结果：

不是所有的log都能写入到log.txt,因为不适用读写错可能会出现上面提到的：“文件正在由另一进程使用，因此该进程无法访问此文件”报错信息。

记录log信息：

Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:18:04.919
Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:18:04.944
Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:18:05.80
Tid: 11  2021年5月21日 下午 02:18:05.81
Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:18:05.82
Tid: 12  2021年5月21日 下午 02:18:05.83
Tid: 11  2021年5月21日 下午 02:18:05.84
Tid: 12  2021年5月21日 下午 02:18:05.84
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.85
Tid: 12  2021年5月21日 下午 02:18:05.111
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.117
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.128
Tid: 11  2021年5月21日 下午 02:18:05.128
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.133
Tid: 12  2021年5月21日 下午 02:18:05.138
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.140
Tid: 12  2021年5月21日 下午 02:18:05.140
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.142
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.144
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.151
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.158
Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:18:05.159
Tid: 10  2021年5月21日 下午 02:18:05.159
Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:18:05.164
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.164
Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:18:05.172
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.172
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.181
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.187
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.188
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.195
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.196
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.195
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.202
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.203
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.202
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.207
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.209
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.207
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.210
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.222
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.231
Tid: 18  2021年5月21日 下午 02:18:05.238
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.238
Tid: 18  2021年5月21日 下午 02:18:05.244
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.251
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.256
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.262
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.304
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.312
Tid: 13  2021年5月21日 下午 02:18:05.312
Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:18:05.313
Tid: 13  2021年5月21日 下午 02:18:05.320
Tid: 19  2021年5月21日 下午 02:18:05.320
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.325
Tid: 19  2021年5月21日 下午 02:18:05.333
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.342
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.349
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.361
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.366
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.367
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.368
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.376
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.386
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.392
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:18:05.401
Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:18:05.463
Tid: 13  2021年5月21日 下午 02:18:05.464
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:18:05.464
Tid: 13  2021年5月21日 下午 02:18:05.465
Tid: 13  2021年5月21日 下午 02:18:05.470
Tid: 11  2021年5月21日 下午 02:18:05.479

三、使用读写锁写入文件：

代码：

class Program
    {
        static int LogCount = 100;
        static int WritedCount = 0;
        static int FailedCount = 0;
        static void Main(string[] args)
        {
            //迭代运行写入日志记录，由于多个线程同时写入同一个文件将会导致错误
            Parallel.For(0, LogCount, e =>
            {
                WriteLog2();
            });
            Console.WriteLine(string.Format("\r\nLog Count:{0}.\t\tWrited Count:{1}.\tFailed Count:{2}.", LogCount.ToString(), WritedCount.ToString(), FailedCount.ToString()));
            Console.Read();
        }
        #region 加入读写锁
        //读写锁，当资源处于写入模式时，其他线程写入需要等待本次写入结束之后才能继续写入
        static ReaderWriterLockSlim LogWriteLock = new ReaderWriterLockSlim();
        static void WriteLog2()
        {
            try
            {
                //设置读写锁为写入模式独占资源，其他写入请求需要等待本次写入结束之后才能继续写入
                //注意：长时间持有读线程锁或写线程锁会使其他线程发生饥饿 (starve)。 为了得到最好的性能，需要考虑重新构造应用程序以将写访问的持续时间减少到最小。
                //从性能方面考虑，请求进入写入模式应该紧跟文件操作之前，在此处进入写入模式仅是为了降低代码复杂度
                //因进入与退出写入模式应在同一个try finally语句块内，所以在请求进入写入模式之前不能触发异常，否则释放次数大于请求次数将会触发异常
                LogWriteLock.EnterWriteLock();
                var logFilePath = "log.txt";
                var now = DateTime.Now;
                var logContent = string.Format("Tid: {0}{1} {2}.{3}\r\n", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString().PadRight(4), now.ToLongDateString(), now.ToLongTimeString(), now.Millisecond.ToString());

                File.AppendAllText(logFilePath, logContent);
                WritedCount++;
            }
            catch (Exception)
            {
                FailedCount++;
            }
            finally
            {
                //退出写入模式，释放资源占用
                //注意：一次请求对应一次释放
                //若释放次数大于请求次数将会触发异常[写入锁定未经保持即被释放]
                //若请求处理完成后未释放将会触发异常[此模式不下允许以递归方式获取写入锁定]
                LogWriteLock.ExitWriteLock();
            }
        }
        #endregion
    }

运行结果：

所有的log都完全正确写入到log.txt。

记录log信息：

Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.573
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.597
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.599
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.600
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.601
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.602
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.608
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.609
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.614
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.616
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.617
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.620
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.620
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.621
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.622
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.623
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.624
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.624
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.625
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.626
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.626
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.627
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.628
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.628
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.629
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.630
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.630
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.631
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.632
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.632
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.633
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.634
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.634
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.635
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.636
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.636
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.637
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.638
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.638
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.639
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.641
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.641
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.642
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.643
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.644
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.644
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.645
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.646
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.647
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.647
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.648
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.649
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.650
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.650
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.651
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.652
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.652
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.652
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.653
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.654
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.655
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.656
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.658
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.658
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.659
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.660
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.660
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.661
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.662
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.662
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.663
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.664
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.664
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.665
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.666
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.666
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.667
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.668
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.669
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.669
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.670
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.671
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.672
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.673
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.675
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.675
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.676
Tid: 8   2021年5月21日 下午 02:26:36.677
Tid: 14  2021年5月21日 下午 02:26:36.678
Tid: 15  2021年5月21日 下午 02:26:36.679
Tid: 16  2021年5月21日 下午 02:26:36.680
Tid: 17  2021年5月21日 下午 02:26:36.681
Tid: 18  2021年5月21日 下午 02:26:36.681
Tid: 20  2021年5月21日 下午 02:26:36.683
Tid: 9   2021年5月21日 下午 02:26:36.683
Tid: 19  2021年5月21日 下午 02:26:36.684
Tid: 10  2021年5月21日 下午 02:26:36.685
Tid: 11  2021年5月21日 下午 02:26:36.685
Tid: 12  2021年5月21日 下午 02:26:36.687
Tid: 13  2021年5月21日 下午 02:26:36.688

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