並發數據結構：.NET 讀寫鎖演進與最佳實踐

多線程讀寫共享資源時，單純互斥鎖過於保守。讀寫鎖允許：多線程並發讀、單線程獨占寫、讀寫互斥。.NET 提供兩代讀寫鎖，差異巨大。

第一代：ReaderWriterLock（不推薦）

.NET 1.1 引入，但官方與 Jeffrey Richter 均強烈批評：

• 性能極差：獲取讀鎖比 Monitor.Enter 慢 5 倍，寫鎖慢 6 倍。
• 策略失衡：寫入完成後優先喚醒讀線程，導致寫線程飢餓、數據更新滯後，甚至活鎖。
• 遞歸開銷大：需為每線程維護計數，嚴重拖慢性能，且不支持異步編程模式（跨邊界獲取/釋放）。
• 內核對象洩漏：.NET 2.0 前版本存在，進程結束才回收。
• 升級非原子：UpgradeToWriteLock 先釋放讀鎖再獲寫鎖，窗口期可被其他線程插入修改。

第二代：ReaderWriterLockSlim（推薦）

.NET 3.5 引入，一次性解決上述問題：

• 性能接近 Monitor：約在 2 倍以內。
• 寫優先策略：寫操作頻率遠低於讀，優先寫入提升伸縮性。
• 三種鎖模式：Read（共享）、Write（獨占）、UpgradeableRead（可升級讀，同一時刻僅一線程持有）。
• 原子升級/降級：持有 UpgradeableRead 時，可決定降級為 Read 或升級為 Write，全程無竞爭窗口、無死鎖風險。

升級/降級模式代碼範例

rwLock.EnterUpgradeableReadLock();
try
{
    if (/* 需更新 */)
    {
        rwLock.EnterWriteLock();
        try { /* 寫入 */ }
        finally { rwLock.ExitWriteLock(); }
    }
    else
    {
        rwLock.EnterReadLock();
        rwLock.ExitUpgradeableReadLock(); // 釋放可升級鎖，允許其他讀者
        try { /* 讀取 */ }
        finally { rwLock.ExitReadLock(); }
    }
}
finally
{
    if (isUpdated) rwLock.ExitUpgradeableReadLock();
}

遞歸策略

• 默認禁止遞歸（除升級/降級外），連續兩次 EnterReadLock 拋 LockRecursionException。
• 可通過構造函數啟用 LockRecursionPolicy.SupportsRecursion，但不建議新代碼使用（增加複雜度與死鎖風險）。
• 永久禁止：持有讀鎖時請求寫鎖（極易死鎖）。

豐富的診斷屬性

IsReadLockHeld、WaitingWriteCount、CurrentReadCount、RecursiveWriteCount 等，便於監控與調試。

Windows SRWLock（Vista+）

內核級輕量讀寫鎖，不支持遞歸、不支持升級/降級，設計目標為無偏向、低開銷。.NET 可通過 P/Invoke 封裝使用：

public sealed class SRWLock
{
    private IntPtr rwLock;
    public SRWLock() { InitializeSRWLock(out rwLock); }
    public void EnterReadLock() { AcquireSRWLockShared(ref rwLock); }
    public void EnterWriteLock() { AcquireSRWLockExclusive(ref rwLock); }
    public void ExitReadLock() { ReleaseSRWLockShared(ref rwLock); }
    public void ExitWriteLock() { ReleaseSRWLockExclusive(ref rwLock); }
    // DllImport 略
}

應用場景：緩存設計

緩存典型場景：大量讀、極少寫。MSDN 經典範例展示 ReaderWriterLockSlim 在字典緩存中的完整用法（含 AddOrUpdate 升級模式）。

極致性能場景可考慮 Lock-Free，但編碼極難、正確性難證。讀寫鎖應用範圍更廣、維護性更好。