C #中的幾個線程同步對象方法

2019-11-17 04:59:49

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供稿：網友

在編寫多線程程序時無可避免會碰到線程的同步問題。什么是線程的同步呢？

舉個例子：假如在一個公司里面有一個變量記錄某人T的工資count=100，有兩個主管A和B（即工作線程）在早一些時候拿了這個變量的值回去
，過了一段時間A主管將T的工資加了5塊，并存回count變量，而B主管將T的工資減去3塊，并存回count變量。好了，本來T君可以得到102塊的工資的，現在就變成98塊了。這就是線程同步要解決的問題。

在.Net的某些對象里面，在讀取里面的數據的同時還可以修改數據，這類的對象就是“線程安全”。但對于自己編寫的代碼段而言，就必須使用線程同步技術來保證數據的完整性和正確性了。

有幾個規律：
1、假如一個對象（或變量）不會同時被多個其他線程訪問，那么這個對象是不需使用線程同步的。
2、假如雖然有多個線程同時訪問一個對象，但他們所訪問的數據或方法并不相同（不交叉），那這種情況也不需使用線程同步。
例如上例中的那個公司里面假如有 T 和 Q 兩個人，但他們的工資分別是由 A 和 B 主管的，那么這個工資的處理就不需要線程同步了。
3、假如一個對象會同時被多個其他線程訪問，一般只需為這個對象添加線程同步的代碼，而其他線程是不需添加額外代碼的。

在C#里面用于實現線程同步的常用類有如下幾類
1、Mutex類（互斥器），Monitor類，lock方法
2、ManualResetEvent類，AutoResetEvent類（這兩個都是由EventWaitHandle類派生出來的）
3、ReaderWriterLock類

同一類的作用都差不多：其中
第一類的作用是：用來保護某段代碼在執行的時候以獨占的方式執行，這時假如有第二個線程想訪問這個對象時就會被暫停。一直等到獨占的
代碼執行為止。就好比一堆人同時上一個公共廁所一樣，使用這個方法就可以解決文章一開始時提出的問題：主管A要處理T君的工資之前，先lock一下T君，然后取出目前的count值，處理完之后再解除T君的鎖定。假如主管B在主管A處理工資時也想取出count值，那么它只能是一直地等待A處理完之后才能繼續。使用這個方法的一個缺點就是會降低程序的效率。本來是一個多個線程的操作，一旦碰到lock的語句時，那么這些線程只要排隊處理，形同一個單線程操作。

下面舉個例子說明一下這三個方法的使用：
假定有一個Tools類，里面一個int變量，還有Add和Delete方法，其中Add方法會使int變量的值增加，Delete方法使int變量值減少：

public class Tools
{
PRivate int count = 100;
public void Add(int n)
{
count+=n;
}

public void Delete(int n)
{
count-=n;
}
}

在多個線程同時訪問這段代碼時，因為一個語句會被編譯器編譯成多個指令，所以會可能出現這種情況：但某個線程調用Add方法時，這時的count值為 100，而正當要加上n的時候，另外一個線程調用了Delete，它要減去m，結果count加上了n，然后又在原先count=100的值的情況
下減掉了m，最后的結果是count被減去了m,而沒有加上n。很明顯Add方法和Delete方法是不能同時被調用的，所以必須進行線程同步處理。簡單的方法是用lock語句：

public class Tools
{
private object abcde = new object();
private int count = 100;

public void Add(int n)
{
lock(abcde)
{
count+=n;
}
}

public void Delete(int n)
{
lock(abcde)
{
count-=n;
}
}
}

其中abcde是一個private級的內部變量，它不表示任何的意義，只是作為一種“令牌”的角色。
當執行Add方法中的lock(abcde)方法時，這個令牌就在Add方法的手中了，假如這時有第二個線程也想拿這個令牌，沒門，惟有等待。一旦第一
個lock語句的花括號范圍結束之后，這時令牌就被釋放了，同時會迅速落到第二個線程的手中，并且排除其他后來的人。

使用Monitor類的方法大致一樣：

public class Tools
{
private object abcde = new object();
private int count = 100;

public void Add(int n)
{
Monitor.Enter(abcde);
count+=n;
Monitor.Exit(abcde);
}

public void Delete(int n)
{
Monitor.Enter(abcde);
count-=n;
Monitor.Exit(abcde);
}
}

Monitor的常用方法：Enter和Exit都是靜態方法，作用跟lock語句的兩個花括號一樣。
而使用 Mutex 就不需聲明一個“令牌”對象了，但要實例化之后才可以使用：

public class Tools
{
private Mutex mut = new Mutex();
private int count = 100;

public void Add(int n)
{
mut.WaitOne();
count+=n;
mut.ReleaseMutex();
}

public void Delete(int n)
{
mut.WaitOne();
count-=n;
mut.ReleaseMutex();
}
}

其中的WaitOne為等待方法，一直等到Mutex 被釋放為止。初始的情況下，Mutex 對象是處于釋放狀態的，而一旦執行了WaitOne方法之后，它
就被捕捉了，一直到被調用了ReleaseMutex方法之后才被釋放。

使用這三種方法都有一個要注重的問題，就是在獨占代碼段里面假如引起了異常，可能會使“令牌”對象不被釋放，這樣程序就會一直地死等下去了。
所以要在獨占代碼段里面處理好異常。例如下面這樣的代碼就是錯誤的：

public void Add(int n)
{
try
{
mut.WaitOne();
count+=n;
//....這里省略了N行代碼
//....這里是有可能引起異常的代碼
//....這里省略了N行代碼
mut.ReleaseMutex();
}
catch
{
Console.Writeline("error.");
}
}

上面的代碼一旦在try和catch里面發生了異常，那么Mutex就不能被釋放，后面的程序就會卡死在WaitOne()一行，而應該改成這樣：

public void Add(int n)
{
mut.WaitOne();
try
{
count+=n;
//....這里省略了N行代碼
//....這里是有可能引起異常的代碼
//....這里省略了N行代碼
}
catch
{
Console.Writeline("error.");
}
mut.ReleaseMutex();
}

現在談一下第二種：
ManualResetEvent類，AutoResetEvent類

上面這兩個類都是由EventWaitHandle類派生出來的，所以功能和調用方法都很相似。
這兩個類常用于阻斷某個線程的執行，然后在符合條件的情況下再恢復其執行。
舉個例子，你想送花給一個MM，托了一個送花的小伙子送了過去，而你希望當MM收到花之后就立即打個電話過去告訴她。

但問題是你不知道花什么時候才送到MM的手里，打早了打遲了都不好，這時你可以使用ManualResetEvent對象幫忙。當委

托小伙子送花過去的時候，使用ManualResetEvent的WaitOne方法進行等待。當小伙子把花送到MM的手中時，再調用一下

ManualResetEvent的Set方法，你就可以準時地打電話過去了。
另外ManualResetEvent還有一個Reset方法，用來重新阻斷調用者執行的，情況就好比你委托了這個小伙子送花給N個MM，

而又想準時地給這N個MM打電話的情況一樣。

using System;
using System.Threading;

public class TestMain
{
private static ManualResetEvent ent = new ManualResetEvent(false);

public static void Main()
{
Boy sender = new Boy(ent);
Thread th = new Thread(new ThreadStart(sender.SendFlower));
th.Start();

ent.WaitOne(); //等待工作
Console.WriteLine("收到了吧，花是我送嘀:)");
Console.ReadLine();
}

}

public class Boy
{
ManualResetEvent ent;

public Boy(ManualResetEvent e)
{
ent = e;
}

public void SendFlower()
{
Console.WriteLine("正在送花的途中");
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Thread.Sleep(200);
Console.Write("..");
}
Console.WriteLine("/r/n花已經送到MM手中了,boss");

ent.Set(); //通知阻塞程序
}
}

而AutoResetEvent類故名思意，就是在每次Set完之后自動Reset。讓執行程序重新進入阻塞狀態。
即AutoResetEvent.Set() 相當于 ManualResetEvent.Set() 之后又立即 ManualResetEvent.Reset()，
其他的就沒有什么不同的了。
舉個送花給N個MM的例子：

using System;
using System.Threading;

public class TestMain
{
private static AutoResetEvent ent = new AutoResetEvent(false);

public static void Main()
{
Boy sender = new Boy(ent);

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
Thread th = new Thread(new ThreadStart(sender.SendFlower));
th.Start();
ent.WaitOne(); //等待工作
Console.WriteLine("收到了吧，花是我送嘀:)/r/n/r/n");
}

Console.ReadLine();
}

}

public class Boy
{
AutoResetEvent ent;

public Boy(AutoResetEvent e)
{
ent = e;
}

public void SendFlower()
{
Console.WriteLine("正在送花的途中");
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Thread.Sleep(200);
Console.Write("..");
}
Console.WriteLine("/r/n花已經送到MM手中了,boss");

ent.Set(); //通知阻塞程序,這里的效果相當于 ManualResetEvent的Set()方法+Reset()方法

}
}

要注重的是ManualResetEvent和AutoResetEvent 的構造函數都有一個bool的參數，用這個參數可以指定初始情況下，同步對象的處于阻塞（設置為false）還是非阻塞（設置為true）的狀態。
另外WaitOne方法也可以帶兩個參數：
WaitOne (int millisecondsTimeout,bool exitContext)
millisecondsTimeout：等待的毫秒數，或為 Timeout.Infinite (-1)，表示無限期等待。
exitContext：為 true，則等待之前先退出上下文的同步域（假如在同步上下文中），然后在稍后重新獲取它；否則為false。
就是說，等待是可以加上一個期限的，假如等待的同步對象一直都不Set()的話，那么程序就會卡死，所以在WaitOne方法里面可以放置一個時間期限，單位是毫秒。

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