在編寫多線程程序時無可避免會遇到線程的同步問題。什麼是線程的同步呢?
舉個例子:如果在一個公司裡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的某些對象裡面,在讀取裡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”。但對於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、如果一個對象(或變量)不會同時被多個其他線程訪問,那麼這個對象是不需使用線程同步的。
2、如果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裡面如果有 T 和 Q 兩個人,但他們的工資分別是由 A 和 B 主管的,那麼這個工資的處理就不需要線程同步了。
3、如果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#裡面用於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,這時如果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,然後取出目前的count值,處理完之後再解除T君的鎖定。如果主管B在主管A處理工資時也想取出count值,那麼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,一旦遇到lock的語句時,那麼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,裡面一個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,如果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 對象是處於釋放狀態的,而一旦執行了WaitOne方法之後,它
就被捕獲了,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意的問題,就是在獨占代碼段裡面如果引起了異常,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裡面處理好異常。例如下面這樣的代碼就是錯誤的:
public void Add(int n)
{
try
{
mut.WaitOne();
count+=n;
//....這裡省略了N行代碼
//....這裡是有可能引起異常的代碼
//....這裡省略了N行代碼
mut.ReleaseMutex();
}
catch
{
Console.Writeline("error.");
}
}
上面的代碼一旦在try和catch裡面發生了異常,那麼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;
//....這裡省略了N行代碼
//....這裡是有可能引起異常的代碼
//....這裡省略了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。
這兩個類常用於阻斷某個線程的執行,然後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收到花之後就立即打個電話過去告訴她。
但問題是你不知道花什麼時候才送到MM的手裡,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伙子送花給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(" 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() 相當於 ManualResetEvent.Set() 之後又立即 ManualResetEvent.Reset(),
其他的就沒有什麼不同的了。
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:) ");
}
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(" 花已經送到MM手中了,boss");
ent.Set(); //通知阻塞程序,這裡的效果相當於 ManualResetEvent的Set()方法+Reset()方法
}
}