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C#的多線程機制探索(5)

編輯:關於C語言
.線程的同步和通訊——生產者和消費者

假設這樣一種情況,兩個線程同時維護一個隊列,如果一個線程對隊列中添加元素,而另外一個線程從隊列中取用元素,那麼我們稱添加元素的線程為生產者,稱取用元素的線程為消費者。生產者與消費者問題看起來很簡單,但是卻是多線程應用中一個必須解決的問題,它涉及到線程之間的同步和通訊問題。

前面說過,每個線程都有自己的資源,但是代碼區是共享的,即每個線程都可以執行相同的函數。但是多線程環境下,可能帶來的問題就是幾個線程同時執行一個函數,導致數據的混亂,產生不可預料的結果,因此我們必須避免這種情況的發生。C#提供了一個關鍵字lock,它可以把一段代碼定義為互斥段(critical section),互斥段在一個時刻內只允許一個線程進入執行,而其他線程必須等待。在C#中,關鍵字lock定義如下:

  lock(expression) statement_block

expression代表你希望跟蹤的對象,通常是對象引用。一般地,如果你想保護一個類的實例,你可以使用this;如果你希望保護一個靜態變量(如互斥代碼段在一個靜態方法內部),一般使用類名就可以了。而statement_block就是互斥段的代碼,這段代碼在一個時刻內只可能被一個線程執行。

下面是一個使用lock關鍵字的典型例子,我將在注釋裡向大家說明lock關鍵字的用法和用途:

  //lock.cs
  using System;
  using System.Threading;
  internal class Account
  {
  int balance;
  Random r = new Random();
  internal Account(int initial)
  {
    balance = initial;
  }
  internal int Withdraw(int amount)
  {
    if (balance < 0)
    {
    file://如果balance小於0則拋出異常
    throw new Exception("Negative Balance");
    }
    //下面的代碼保證在當前線程修改balance的值完成之前
    //不會有其他線程也執行這段代碼來修改balance的值
    //因此,balance的值是不可能小於0的
    lock (this)
    {
    Console.WriteLine("Current Thread:"+Thread.CurrentThread.Name);
    file://如果沒有lock關鍵字的保護,那麼可能在執行完if的條件判斷之後
    file://另外一個線程卻執行了balance=balance-amount修改了balance的值
    file://而這個修改對這個線程是不可見的,所以可能導致這時if的條件已經不成立了
    file://但是,這個線程卻繼續執行balance=balance-amount,所以導致balance可能小於0
    if (balance >= amount)
    {
      Thread.Sleep(5);
      balance = balance - amount;
      return amount;
    }
    else
    {
      return 0; // transaction rejected
    }
    }
  }
  internal void DoTransactions()
  {
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    Withdraw(r.Next(-50, 100));
  }
  }
  internal class Test
  {
  static internal Thread[] threads = new Thread[10];
  public static void Main()
  {
    Account acc = new Account (0);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
    Thread t = new Thread(new ThreadStart(acc.DoTransactions));
    threads[i] = t;
    }
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    threads[i].Name=i.ToString();
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    threads[i].Start();
    Console.ReadLine();
  }
  }

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