聊一聊 Monitor.Wait 和 Pluse 的底层玩法
一：背景1. 讲故事
在dump分析的过程中经常会看到很多线程卡在Monitor.Wait方法上，曾经也有不少人问我为什么用 !syncblk 看不到 Monitor.Wait 上的锁信息，刚好昨天有时间我就来研究一下。
二：Monitor.Wait 底层怎么玩的
1. 案例演示
为了方便讲述，先上一段演示代码，Worker1 在执行的过程中需要唤醒 Worker2 执行，当 Worker2 执行完毕之后自己再继续执行，参考代码如下：
internal class Program
{
static Person lockObject = new Person();
static void Main()
{
Task.Run(() => { Worker1(); });
Task.Run(() => { Worker2(); });
Console.ReadLine();
}
static void Worker1()
{
lock (lockObject)
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now} 1. 执行 worker1 的业务逻辑...");
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine($"{DateTime.Now} 2. 等待 worker2 执行完毕...");
Monitor.Wait(lockObject);
Console.WriteLine($"{DateTime.Now} 4. 继续执行 worker1 的业务逻辑...");
}
}
static void Worker2()
{
Thread.Sleep(10);
lock (lockObject)
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now} 3. worker2 的逻辑执行完毕...");
Monitor.Pulse(lockObject);
}
}
}
public class Person { }
有了代码和输出之后，接下来就是分析底层玩法了。
2. 模型架构图
研究来研究去总得有个结果，千言万语绘成一张图，截图如下：
从图中可以看到这地方会涉及到一个核心的数据结构 WaitEventLink，参考如下：
// Used inside Thread class to chain all events that a thread is waiting for by Object::Wait
struct WaitEventLink {
SyncBlock *m_WaitSB; // 当前对象的 syncblock
CLREvent *m_EventWait; // 当前线程的 m_EventWait
PTR_Thread m_Thread; // Owner of this WaitEventLink.
PTR_WaitEventLinkm_Next; // Chain to the next waited SyncBlock.
SLink m_LinkSB; // Chain to the next thread waiting on the same SyncBlock.
DWORD m_RefCount; // How many times Object::Wait is called on the same SyncBlock.
};代码里对每一个字段都做了表述，还是非常清楚的，也看到了这里存在两个队列。
[*]m_Next：当前线程要串联的 SyncBlock 队列，Node 是 WaitEventLink 结构。
[*]m_LinkSB：当前同步块串联的 Thread 队列，Node 是 m_LinkSB 地址。
3. 底层的源码验证
首先我们看下C#的 Monitor.Wait(lockObject) 底层是如何实现的，它对应着 coreclr 的 ObjectNative::WaitTimeout 方法，核心实现如下：
BOOL SyncBlock::Wait(INT32 timeOut)
{
//步骤1
WaitEventLink* walk = pCurThread->WaitEventLinkForSyncBlock(this);
//步骤2
CLREvent* hEvent = &(pCurThread->m_EventWait);
waitEventLink.m_WaitSB = this;
waitEventLink.m_EventWait = hEvent;
waitEventLink.m_Thread = pCurThread;
waitEventLink.m_Next = NULL;
waitEventLink.m_LinkSB.m_pNext = NULL;
waitEventLink.m_RefCount = 1;
pWaitEventLink = &waitEventLink;
walk->m_Next = pWaitEventLink;
hEvent->Reset();
//步骤3
ThreadQueue::EnqueueThread(pWaitEventLink, this);
isEnqueued = TRUE;
PendingSync syncState(walk);
OBJECTREF obj = m_Monitor.GetOwningObject();
m_Monitor.IncrementTransientPrecious();
//步骤4
syncState.m_EnterCount = LeaveMonitorCompletely();
isTimedOut = pCurThread->Block(timeOut, &syncState);
return !isTimedOut;
}代码逻辑非常简单，大概步骤如下：
[*]从当前线程的 m_WaitEventLink 所指向的队列中寻找 SyncBlock 节点，如果没有就返回尾部节点。
[*]将当前节点拼接到尾部。
[*]新节点通过 EnqueueThread 方法送入到 m_LinkSB 所指向的队列，这里有一个小技巧，它只存放 WaitEventLink->m_LinkSB 地址，后续会通过 -0x20 来反推 WaitEventLink 结构首地址，从而来获取线程等待事件，参考代码如下：
inline PTR_WaitEventLink ThreadQueue::WaitEventLinkForLink(PTR_SLink pLink)
{
LIMITED_METHOD_CONTRACT;
SUPPORTS_DAC;
return (PTR_WaitEventLink) (((PTR_BYTE) pLink) - offsetof(WaitEventLink, m_LinkSB));
}
[*]使用 LeaveMonitorCompletely 方法将 AwareLock 锁给释放掉，从而让等待这个 lock 的线程进入方法，即当前的 Worker2，简化后代码如下：
LONG LeaveMonitorCompletely()
{
return m_Monitor.LeaveCompletely();
}
void Signal()
{
m_SemEvent.SetMonitorEvent();
}
void CLREventBase::SetMonitorEvent(){
Set();
}总而言之，Monitor.Wait 主要还是用来将Node追加到两大队列，接下来研究下 Monitor.Pulse 的内部实现，这个就比较简单了，无非就是在 m_LinkSB 指向的队列中提取一个Node而已，核心代码如下：
void SyncBlock::Pulse()
{
WaitEventLink* pWaitEventLink;
if ((pWaitEventLink = ThreadQueue::DequeueThread(this)) != NULL)
pWaitEventLink->m_EventWait->Set();
}
// Unlink the head of the Q.We are always in the SyncBlock's critical
// section.
/* static */
inline WaitEventLink *ThreadQueue::DequeueThread(SyncBlock *psb)
{
WaitEventLink* ret = NULL;
SLink* pLink = psb->m_Link.m_pNext;
if (pLink)
{
psb->m_Link.m_pNext = pLink->m_pNext;
ret = WaitEventLinkForLink(pLink);
}
return ret;
}
inline PTR_WaitEventLink ThreadQueue::WaitEventLinkForLink(PTR_SLink pLink)
{
return (PTR_WaitEventLink)(((PTR_BYTE)pLink) - offsetof(WaitEventLink, m_LinkSB));
}
class SyncBlock
{
protected:
SLink m_Link;
}上面的代码逻辑还是非常清楚的，从 SyncBlock.m_Link 所串联的 WaitEventLink 队列中提取第一个节点，但这个节点保存的是 WaitEventLink.m_LinkSB 地址，所以需要反向 -0x20 取到 WaitEventLink 首地址，可以用 windbg 来验证一下。
0:017> dt coreclr!WaitEventLink
+0x000 m_WaitSB : Ptr64 SyncBlock
+0x008 m_EventWait : Ptr64 CLREvent
+0x010 m_Thread : Ptr64 Thread
+0x018 m_Next : Ptr64 WaitEventLink
+0x020 m_LinkSB : SLink
+0x028 m_RefCount : Uint4B取到首地址之后就就可以将当前线程的 m_EventWait 唤醒，这就是为什么调用 Monitor.Pulse(lockObject); 之后另一个线程唤醒的内部逻辑，有些朋友好奇那 Monitor.PulseAll 是不是会把这个队列中的所有 Node 上的 m_EventWait 都唤醒呢？哈哈，真聪明，源码如下：
void SyncBlock::PulseAll()
{
WaitEventLink* pWaitEventLink;
while ((pWaitEventLink = ThreadQueue::DequeueThread(this)) != NULL)
pWaitEventLink->m_EventWait->Set();
}眼尖的朋友会有一个疑问，这个队列数据提取了，那另一个队列的数据是不是也要相应的改动，这个确实，它的逻辑是在Wait方法的 PendingSync syncState(walk); 析构函数里，感兴趣的朋友可以看一下内部的void Restore(BOOL bRemoveFromSB) 方法即可。
三：总结
花了半天研究这东西还是挺有意思的，重点还是要理解下那张图，理解了之后我相信你对 Monitor.Pluse 方法注释中所指的 waiting queue 会有一个新的体会。
来源:https://www.cnblogs.com/huangxincheng/p/18258390
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