动态多对象锁定 - 多线程

Question

锁定不同（动态）数量的对象/键的最佳策略是什么？

考虑这样的场景，当在多个对象上获得锁时（对象数组是动态的，无法预测），线程只能继续执行任务（事务）。在这个例子中，一个 ID 可以代表一个 Object，它需要作为“事务”的一部分进行修改。

示例：

线程：要锁定的对象（作为事务的一部分）

T1:       A   B   C   D

T2:           B       D

T3:       A           D

编辑：改进示例

显然，进行顺序动态锁定会导致所有线程死锁，因为T1 可以获得A 的锁定，而T2 获得B 上的锁定，而T3 获得@987654327 上的锁定@。 T1 等待T2 释放B，T2 等待T3 释放D，T3 等待T1 释放A。

实现这种多对象锁定有哪些可能的选择？

这个问题部分是理论上的，部分是实际的，因为它必须在 C# / .NET 中解决

可能的解决方案：

为了既保持并行性又保持正确的锁定，我想到了以下方案：

两个队列：

1. 顺序队列（仅由 1 个线程提供服务，因此是顺序的）
2. 并行队列（由线程池提供服务）

当对 N 个对象的请求到达时，检查每个对象 ID 以及是否为每个 ID 增加锁计数（这可以是 Dictionary<int, int> - <Id, Lock Count>）。

如果所有 ID 都被“锁定”（注意实际上没有发生锁定），即第一次请求，则将请求放入并行队列 ELSE 将请求放入顺序队列中

这种混合方法允许按顺序处理“竞争”请求，并允许并行处理非竞争请求。

Answer 1

在锁定多个对象时防止死锁的方法是有一个获取锁的规范顺序。在您的示例中，让我们创建必须按字母顺序获取锁的方案。假设T1 获得A 和T2 获得B。 T3 在获得A 之前不应尝试获得D。然后B 可以获取D 并完成。然后T1 可以获取B，随后T3 可以获取A。

但是，不能在代码库的任何地方违反此方案。如果你已经获取了锁A、B和D，你就不能返回去获取C。

反证法：

假设这个方案可能会死锁。这意味着所有线程都在等待锁。如果必须按顺序获取所有锁，则意味着所有锁都可以映射到整数1 ... N。一个获取的锁L 必须是序列中获取的最高锁。但是，该线程不能被阻塞，因为没有线程可以拥有高于L 的锁。因此不可能所有线程都被阻塞。

Answer 2

我同意@Reed 的观点，如果可以重新设计代码以避免所有这些锁定，那就去做吧。

重新设计它的一个非常简单的方法是，因为你有这么多锁，所以完全失去并发性。按顺序运行所有内容。您可能会发现它的运行速度同样快，因为无论如何所有锁定都在阻止并发。

如果由于某种原因您不能这样做，确保不会出现死锁的一种方法是始终以相同的顺序获取锁。在您的示例中，如果一个任务需要同时锁定 A 和 D，总是在 D 之前锁定 A。在所有其他任务中也要这样做。

这样死锁是不可能的。当任务 1 拥有锁 A 并想要锁 B，而任务 2 拥有锁 B 并想要锁 A 时，就会发生死锁。如果您总是先锁定 A，然后再锁定 B，那么任务 2 就不可能拥有锁 B，然后又想要锁 A。

Answer 3

一般来说，您应该尽一切可能避免尝试以这种方式锁定多个对象。当您开始可选地锁定多个资源时，避免死锁变得非常困难。

相反，重新思考设计并提出其他策略几乎总是一种更好的方法。例如，使用不可变类型可以避免在许多情况下完全需要锁定。并发集合对于避免锁定也非常有益，因为您可以将数据处理与生产（生产者/消费者通过BlockingCollection<T> 等）分开。