在C#的多线程编程中，Mutex 是一种用于同步多个线程的机制。它不仅适用于进程间的线程同步，还可以在同一进程内用于保护共享资源。本文将详细介绍 Mutex 的特点、用法，并提供多个示例以示范其应用。

Mutex 的特点

• 跨进程同步：Mutex 允许在不同进程之间进行同步，这使得它在处理需要进程间通信的场景时相当有用。
• 独占性访问：只有一个线程可以获得 Mutex，其他线程必须等待，直到该线程释放 Mutex。
• 超时控制：Mutex 允许设置超时。如果线程在指定时间内无法获得锁，可以选择放弃。
• 简单易用：Mutex 提供了清晰的接口，易于程序员使用。

使用 Mutex 的基本语法

以下是 Mutex 的基本用法示例：

C#
Mutex mutex = new Mutex();
mutex.WaitOne(); //请求锁
// ... 访问共享资源
mutex.ReleaseMutex(); //释放锁

示例：使用 Mutex 实现线程安全的计数器

以下示例展示了如何使用 Mutex 来实现一个线程安全的计数器，确保只有一个线程可以对计数器进行更新。

C#
using System;
using System.Threading;

class Program {
    private static int counter = 0; // 共享资源
    private static Mutex mutex = new Mutex(); // 创建 Mutex 实例

    static void Main(string[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[5];
        for (int i = 0; i < threads.Length; i++) {
            threads[i] = new Thread(IncrementCounter);
            threads[i].Start();
        }

        foreach (var thread in threads) {
            thread.Join();
        }

        Console.WriteLine($"最终计数器的值: {counter}");
    }

    static void IncrementCounter() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            mutex.WaitOne(); // 请求锁
            try {
                counter++; // 增加计数
            } finally {
                mutex.ReleaseMutex(); // 确保释放锁
            }
        }
    }
}

示例：使用命名 Mutex 进行跨进程同步

当需要在不同进程中共享资源时，可以使用命名的 Mutex。以下示例展示了如何创建一个命名的 Mutex。

C#
using System;
using System.Threading;

class Program {
    private static Mutex mutex;

    static void Main(string[] args) {
        string mutexName = "Global\\MyNamedMutex"; // 使用命名 mutex
        mutex = new Mutex(false, mutexName); // 创建一个命名的 mutex

        Thread thread1 = new Thread(AccessResource);
        Thread thread2 = new Thread(AccessResource);

        thread1.Start();
        thread2.Start();

        thread1.Join();
        thread2.Join();
    }

    static void AccessResource() {
        Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 正在请求锁...");
        mutex.WaitOne(); // 请求锁
        Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 获得了锁。");

        // 模拟访问共享资源的操作
        Thread.Sleep(2000); // 休眠2秒以模拟长时间的操作

        Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 释放了锁。");
        mutex.ReleaseMutex(); // 释放锁
    }
}

示例：使用超时功能

在某些情况下，锁请求可能会超时，以下示例展示了如何使用 Mutex 的超时功能。

C#
namespace AppMutex
{
    internal class Program
    {
        private static Mutex mutex = new Mutex();

        static void Main(string[] args)
        {
            Thread thread1 = new Thread(EnterCriticalSection);
            Thread thread2 = new Thread(EnterCriticalSection);

            thread1.Start();
            thread2.Start();

            thread1.Join();
            thread2.Join();
        }

        static void EnterCriticalSection()
        {
            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 正在请求锁...");
            if (mutex.WaitOne(1000))
            { 
                // 请求锁，最多等待1秒
                try
                {
                    Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 获得了锁。");
                    // 模拟长时间运行的操作
                    Thread.Sleep(3000); // 超过1秒的操作
                }
                finally
                {
                    mutex.ReleaseMutex();
                    Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 释放了锁。");
                }
            }
            else
            {
                Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 等待超时，未能获得锁。");
            }
        }
    }
}

1. 超时请求：在获取 Mutex 锁时，设置了超时时间为1秒。
2. 超时处理：如果在1秒内无法获得锁，则线程输出等待超时的信息。
3. 将超时修改为4秒，可以正常释放了。

示例：单实例应用程序

C#
namespace AppMutex
{
   internal class Program
    {
        static Mutex mutex = new Mutex(true, "MyAPPID");

        static void Main(string[] args)
        {
            // 尝试获取互斥锁  
            if (mutex.WaitOne(TimeSpan.Zero, true))
            {
                try
                {
                    // 应用程序的主逻辑  
                    Console.WriteLine("应用程序正在运行");
                    // 其他业务代码  
                }
                finally
                {
                    // 释放互斥锁  
                    mutex.ReleaseMutex();
                }
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("应用程序已经在运行");
                return;
            }

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

使用 Mutex 的注意事项

• 确保释放锁：使用 try...finally 结构以确保 Mutex 始终被释放。
• 性能影响：使用 Mutex 时要注意，它的创建、释放和等待都有一定的性能开销。
• 避免过度竞争：多个线程频繁竞争同一个 Mutex 可能会导致性能下降。
• 命名 Mutex 的唯一性：确保命名的 Mutex 在所有可能的进程中是唯一的，以防止冲突。

结论

Mutex 是C#中一种强大的多线程同步机制，尤其适合需要跨进程同步的场景。通过上述示例，您可以看到如何利用 Mutex 来确保共享资源的安全访问。尽管 Mutex 在多线程同步中的应用非常广泛，但使用时需关注性能和锁的管理，以避免潜在的死锁和竞争条件。合理地使用 Mutex 会显著提高多线程应用的稳定性和可靠性。