同步區塊索引深度解析（上）：從 lock 關鍵字到 AwareLock 實作原理

四種 Lock 寫法優劣比較

// 1. 推薦：私有靜態唯讀物件
private static readonly object _lockHelper = new object();
lock (_lockHelper) { ... }

// 2. 錯誤：區域變數每次新建，無法互斥
object lockHelper = new object();
lock (lockHelper) { ... }

// 3. 危險：鎖定 Type 物件，跨元件易衝突
lock (typeof(Singleton)) { ... }

// 4. 危險：鎖定 this，外部可鎖定同一實例造成死結
lock (this) { ... }

結論： 唯有寫法 1 將鎖物件封裝為私有靜態欄位，外部無法存取，保證鎖語意純粹。

Win32 關鍵區域回顧

CRITICAL_SECTION g_cs;
InitializeCriticalSection(&g_cs);
EnterCriticalSection(&g_cs); // 檢查 OwningThread，忙則等待
// 臨界區程式碼
LeaveCriticalSection(&g_cs);
DeleteCriticalSection(&g_cs);

CRITICAL_SECTION 核心欄位：LockCount、RecursionCount、OwningThread、LockSemaphore、SpinCount。

CLR lock 對應 Monitor.Enter/Exit

try { Monitor.Enter(obj); ... } finally { Monitor.Exit(obj); }

Monitor.Enter/Exit 標記 [MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall)]，對應 Native JIT_MonEnter/JIT_MonExit。

原始碼呼叫鏈追蹤 (Rotor)

1. JIT_MonEnterWorker_Portable → OBJECTREF::EnterObjMonitor()
2. ObjHeader::EnterObjMonitor() → GetSyncBlock()->EnterMonitor()
3. SyncBlock::EnterMonitor() → m_Monitor.Enter() (m_Monitor 為 AwareLock)

AwareLock::Enter() 核心邏輯

void AwareLock::Enter()
{
    Thread* pCurThread = GetThread();
    for (;;)
    {
        LONG state = m_MonitorHeld;
        if (state == 0)
        {
            // 嘗試無競爭取得
            if (FastInterlockCompareExchange(&m_MonitorHeld, 1, 0) == 0) break;
        }
        else
        {
            // 遞歸檢查
            if (m_HoldingThread == pCurThread) { m_Recursion++; return; }
            // 計數等待者並進入等待
            if (FastInterlockCompareExchange(&m_MonitorHeld, state+2, state) == state)
                EnterEpilog(pCurThread); // 進入等待佇列
        }
    }
    m_HoldingThread = pCurThread;
    m_Recursion = 1;
    pCurThread->IncLockCount();
}

與 Win32 CRITICAL_SECTION 高度相似：m_MonitorHeld 對應 LockCount，m_HoldingThread 對應 OwningThread，m_Recursion 對應 RecursionCount。

物件與 SyncBlock 關係圖

• 物件標頭 SyncBlockIndex 初始為負數（無關聯）。
• 首次 Monitor.Enter 從全域 SyncBlock[] 取得空閒項，索引寫入物件頭。
• SyncBlock 內含 AwareLock 實現互斥與遞歸。

系列預告

下兩篇將揭示：

• (中) GetHashCode() 如何複用 SyncBlockIndex 儲存雜湊值。
• (下) 當物件同時作為 Lock 與需 HashCode 時，索引位元如何切換與資料遷移。