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,就不需使用線程同步技術來保證數據的完整性和正確性了。
記住這點:
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。使用這個方法就可以解決文章一開始時提出的問題了。例如主管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。如果在主管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了
。
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
{
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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的情況下,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)
{
//see more: http://bbs.helloit.info/
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)
{
//see more: http://bbs.helloit.info/
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();
}