C#線程同步的三類情景分析

2020-01-24 02:19:34

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供稿：網友

本文實例講述了C#線程同步的三類情景，分享給大家供大家參考。具體分析如下：

C# 已經提供了我們幾種非常好用的類庫如 BackgroundWorker、Thread、Task等，借助它們，我們就能夠分分鐘編寫出一個多線程的應用程序。

比如這樣一個需求：有一個 Winform 窗體，點擊按鈕后，會將窗體中的數據導出到一個 output.pdf 文件中。原先的代碼沒有采用多線程技術，所以當點擊按鈕后，整個窗體就變成無響應了。為了解決這個問題，可以使用 Task.Run(()=>{...導出文件的代碼});

上面的代碼看似簡單，卻隱藏著種種危機。如果在導出的期間，窗體的數據被修改了，那會怎么樣？如果多個窗體同時導出到同一個文件，又會怎么樣？

在看完本系列后，你就會清楚了。

有點了解的朋友都知道線程同步有多種手段，什么 mutex、moniter、seamphore、event 等等，我把它們歸為三類，對應三種需要線程同步的情景。

情景一：此茅坑有主了

當一個資源同時被多個線程訪問時，有可能會造成資源沖突（尤其是在存在多個寫線程的時候）的情景。遇到這種情況，在 C# 中，我們可以使用 Interlocked、lock、Moniter、SpinLock、ReadWriteLockSlim、Mutex 來處理問題。

什么情況下會被認為是情景一？

　　當你設計的類中出現靜態變量、IO操作時，就會遇到情景一。因為這些資源是由多個對象共享的，不同的線程很同時去訪問這些資源時，就可能會出現爭用。

　　當一個類被設計成單例，且包含實例變量時，也會遇到情景一。因為實例變量屬于這個單例，當多個線程操縱此單例時，該變量可能會被爭用。

　　當一個類中的方法調用線程操作某個實例變量時，也會遇到情景一。

情景二：數量有限，先到先得

情景一強調的是一對多的情形，而在情景二中，資源的數量并不唯一。相比于情景一，情景二側重的是數量上的限制。而用于實現這一需求的類有：Semaphore、SemaphoreSlim。

什么情況下會被認為是情景二？

　　當所操作的公共資源存在并發數限制的時候（如數據庫連接、IIS連接數限制等），就被認為是情景二。

情景三：我讓你動，你才能動！

情景三關注的是線程執行過程中的先后順序，而用于保證這種先后順序的方式就是通過線程通信的方式：ManualResetEventSlim、ManualResetEvent、AutoResetEvent。

什么情況下會被認為是情景三？

當兩個線程所處理的事情有先后的依賴時，比如線程二的執行過程依賴線程一的執行結果，那就認為是情景三。

不限使用情景

上面的各種方案并不是絕對只限于某一場景，比如 AutoResetEvent 即可以用于情景三，也可以用于情景一。但是，殺雞焉用牛刀，雖然使用 AutoResetEvent 能夠實現情景一的需求，但是用不了 AutoResetEvent 的線程通信能力，同時又會有一些額外的限制（每個線程必須保證 wait 和 set 的成對使用，否則一個線程在鎖定資源后就可能被另一個線程解鎖）。

復制代碼代碼如下:

    lock (m)
    {
        //....
    }

    //等價于如下方式
    autoResetEvent.WaitOne();
    //....
    autoResetEvent.Set();

　　也有朋友說，可以用情景一中的 lock 方案來實現情景三的需求。

    AutoResetEvent autoReset = new AutoResetEvent(false);
    private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        Task.Run(() =>
        {
            autoReset.WaitOne();
            Console.WriteLine("步驟二");
        });

        Thread.Sleep(1000);//故意延遲從而保證第二個線程是在第一個線程之后才執行
        Task.Run(() =>
        {
            Console.WriteLine("步驟一");
            autoReset.Set();
        });
    }

　　上面這個例子最終輸出的結果可想而知。此實例說明，不管線程實際的執行順序如何，AutoResetEvent 都能很容易的保證兩個線程的執行順序。

如果用 lock 呢？

復制代碼代碼如下:

    private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        Task.Run(() =>
        {
            lock (s)
            {
                Console.WriteLine("步驟一");
            }
        });
 
        Thread.Sleep(1000);//必須人為確保步驟二的線程要在步驟一的線程之后執行
        Task.Run(() =>
        {
            lock (s)
            {
                Console.WriteLine("步驟二");
            }
        });
    }