C #中的幾個線程同步對象方法

在編寫多線程程序時無可避免會碰到線程的同步問題。什麽是線程的同步呢?

舉個例子:假如在一個公司裏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,並存回count變量,而B主管將T的工資減去3塊,並存回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的某些對象裏面,在讀取裏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,那麽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並不相同(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裏面假如有 T 和 Q 兩個人,但他們的工資分別是由 A 和 B 主管的,那麽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,一般只需爲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#裏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

代碼執行爲止。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,然後取出目前的count值,處理完之後再解除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,那麽它只能是一直地等待A處理完之後才能繼續。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,那麽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,裏面一個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,因爲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值爲 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,然後又在原先count=100的值的情況

下減掉了m,最後的結果是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,只是作爲一種“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語句的花括號範圍結束之後,這時令牌就被釋放了,同時會迅速落到第二個線程的手中,並且排除其他後來的人。

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,但要實例化之後才可以使用:

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爲等待方法,一直等到Mutex 被釋放爲止。初始的情況下,Mutex 對象是處于釋放狀態的,而一旦執行了WaitOne方法之後,它

就被捕捉了,一直到被調用了ReleaseMutex方法之後才被釋放。

使用這三種方法都有一個要注重的問題,就是在獨占代碼段裏面假如引起了異常,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裏面處理好異常。例如下面這樣的代碼就是錯誤的:

public void Add(int n)

{

try

{

mut.WaitOne();

count+=n;

//....這裏省略了N行代碼

//....這裏是有可能引起異常的代碼

//....這裏省略了N行代碼

mut.ReleaseMutex();

}

catch

{

Console.Writeline("error.");

}

}

上面的代碼一旦在try和catch裏面發生了異常,那麽Mutex就不能被釋放,後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;

//....這裏省略了N行代碼

//....這裏是有可能引起異常的代碼

//....這裏省略了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,然後在符合條件的情況下再恢複其執行。

舉個例子,你想送花給一個MM,托了一個送花的小夥子送了過去,而你希望當MM收到花之後就立即打個電話過去告訴她。

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

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

ManualResetEvent的Set方法,你就可以准時地打電話過去了。

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夥子送花給N個MM,

而又想准時地給這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完之後自動Reset。讓執行程序重新進入阻塞狀態。

即AutoResetEvent.Set() 相當于 ManualResetEvent.Set() 之後又立即 ManualResetEvent.Reset(),

其他的就沒有什麽不同的了。

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,這裏的效果相當于 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(設置爲false)還是非阻塞(設置爲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,或爲 Timeout.Infinite (-1),表示無限期等待。

exitContext:爲 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),然後在稍後重新獲取它;否則爲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,那麽程序就會卡死,所以在WaitOne方法裏面可以放置一個時間期限,單位是毫秒。

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