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[ASP.net教程]C#多线程同步


在编写多线程程序时无可避免会碰到线程的同步问题。什么是线程的同步呢?

举个例子:假如在一个公司里面有一个变量记录某人T的工资count=100,有两个主管A和B(即工作线程)在早一些时候拿了这个变量的值回去 ,过了一段时间A主管将T的工资加了5块,并存回count变量,而B主管将T的工资减去3块,并存回count变量。好了,本来T君可以得到102块的工资的,现在就变成98块了。这就是线程同步要解决的问题。

在.Net的某些对象里面,在读取里面的数据的同时还可以修改数据,这类的对象就是“线程安全”。但对于自己编写的代码段而言,就必须使用线程同步技术来保证数据的完整性和正确性了。

有几个规律: 1、假如一个对象(或变量)不会同时被多个其他线程访问,那么这个对象是不需使用线程同步的。 2、假如虽然有多个线程同时访问一个对象,但他们所访问的数据或方法并不相同(不交叉),那这种情况也不需使用线程同步。 例如上例中的那个公司里面假如有 T 和 Q 两个人,但他们的工资分别是由 A 和 B 主管的,那么这个工资的处理就不需要线程同步了。 3、假如一个对象会同时被多个其他线程访问,一般只需为这个对象添加线程同步的代码,而其他线程是不需添加额外代码的。

在C#里面用于实现线程同步的常用类有如下几类

1、Mutex类(互斥器),Monitor类,lock方法

2、ManualResetEvent类,AutoResetEvent类(这两个都是由EventWaitHandle类派生出来的)

3、ReaderWriterLock类

同一类的作用都差不多:其中 第一类的作用是:用来保护某段代码在执行的时候以独占的方式执行,这时假如有第二个线程想访问这个对象时就会被暂停。一直等到独占的 代码执行为止。就好比一堆人同时上一个公共厕所一样,使用这个方法就可以解决文章一开始时提出的问题:主管A要处理T君的工资之前,先lock一下T君,然后取出目前的count值,处理完之后再解除T君的锁定。假如主管B在主管A处理工资时也想取出count值,那么它只能是一直地等待A处理完之后才能继续。使用这个方法的一个缺点就是会降低程序的效率。本来是一个多个线程的操作,一旦碰到lock的语句时,那么这些线程只要排队处理,形同一个单线程操作。

下面举个例子说明一下这三个方法的使用: 假定有一个Tools类,里面一个int变量,还有Add和Delete方法,其中Add方法会使int变量的值增加,Delete方法使int变量值减少:

    public class Tools    {      private int count = 100;      public void Add(int n)      {        count += n;      }      public void Delete(int n)      {        count -= n;      }    } 

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在多个线程同时访问这段代码时,因为一个语句会被编译器编译成多个指令,所以会可能出现这种情况:但某个线程调用Add方法时,这时的count值为 100,而正当要加上n的时候,另外一个线程调用了Delete,它要减去m,结果count加上了n,然后又在原先count=100的值的情况
下减掉了m,最后的结果是count被减去了m,而没有加上n。很明显Add方法和Delete方法是不能同时被调用的,所以必须进行线程同步处理。简单的方法是用lock语句:

    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;        }      }    } 

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其中abcde是一个private级的内部变量,它不表示任何的意义,只是作为一种“令牌”的角色。 当执行Add方法中的lock(abcde)方法时,这个令牌就在Add方法的手中了,假如这时有第二个线程也想拿这个令牌,没门,惟有等待。一旦第一 个lock语句的花括号范围结束之后,这时令牌就被释放了,同时会迅速落到第二个线程的手中,并且排除其他后来的人。

使用Monitor类的方法大致一样:

    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);      }    }

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Monitor的常用方法:Enter和Exit都是静态方法,作用跟lock语句的两个花括号一样。
而使用 Mutex 就不需声明一个“令牌”对象了,但要实例化之后才可以使用:

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(); } } 

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其中的WaitOne为等待方法,一直等到Mutex 被释放为止。初始的情况下,Mutex 对象是处于释放状态的,而一旦执行了WaitOne方法之后,它 就被捕捉了,一直到被调用了ReleaseMutex方法之后才被释放。

使用这三种方法都有一个要注重的问题,就是在独占代码段里面假如引起了异常,可能会使“令牌”对象不被释放,这样程序就会一直地死等下去了。 所以要在独占代码段里面处理好异常。例如下面这样的代码就是错误的:

   public void Add(int n)   {      try      {        mut.WaitOne();        count += n;        //....这里省略了N行代码         //....这里是有可能引起异常的代码         //....这里省略了N行代码         mut.ReleaseMutex();      }      catch      {        Console.Writeline("error.");      }    } 

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上面的代码一旦在try和catch里面发生了异常,那么Mutex就不能被释放,后面的程序就会卡死在WaitOne()一行,而应该改成这样:

    public void Add(int n)    {      mut.WaitOne();      try      {        count += n;        //....这里省略了N行代码         //....这里是有可能引起异常的代码         //....这里省略了N行代码       }      catch      {        Console.Writeline("error.");      }      mut.ReleaseMutex();    } 

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现在谈一下第二种: ManualResetEvent类,AutoResetEvent类

上面这两个类都是由EventWaitHandle类派生出来的,所以功能和调用方法都很相似。 这两个类常用于阻断某个线程的执行,然后在符合条件的情况下再恢复其执行。 举个例子,你想送花给一个MM,托了一个送花的小伙子送了过去,而你希望当MM收到花之后就立即打个电话过去告诉她。

但问题是你不知道花什么时候才送到MM的手里,打早了打迟了都不好,这时你可以使用ManualResetEvent对象帮忙。当委

托小伙子送花过去的时候,使用ManualResetEvent的WaitOne方法进行等待。当小伙子把花送到MM的手中时,再调用一下

ManualResetEvent的Set方法,你就可以准时地打电话过去了。 另外ManualResetEvent还有一个Reset方法,用来重新阻断调用者执行的,情况就好比你委托了这个小伙子送花给N个MM,

而又想准时地给这N个MM打电话的情况一样。

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花已经送到MM手中了,boss");    ent.Set(); //通知阻塞程序   }}

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而AutoResetEvent类故名思意,就是在每次Set完之后自动Reset。让执行程序重新进入阻塞状态。
即AutoResetEvent.Set() 相当于 ManualResetEvent.Set() 之后又立即 ManualResetEvent.Reset(),
其他的就没有什么不同的了。
举个送花给N个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花已经送到MM手中了,boss");    ent.Set(); //通知阻塞程序,这里的效果相当于 ManualResetEvent的Set()方法+Reset()方法   }}

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要注重的是ManualResetEvent和AutoResetEvent 的构造函数都有一个bool的参数,用这个参数可以指定初始情况下,同步对象的处于阻塞(设置为false)还是非阻塞(设置为true)的状态。
另外WaitOne方法也可以带两个参数:
WaitOne (int millisecondsTimeout,bool exitContext)
millisecondsTimeout:等待的毫秒数,或为 Timeout.Infinite (-1),表示无限期等待。
exitContext:为 true,则等待之前先退出上下文的同步域(假如在同步上下文中),然后在稍后重新获取它;否则为false。
就是说,等待是可以加上一个期限的,假如等待的同步对象一直都不Set()的话,那么程序就会卡死,所以在WaitOne方法里面可以放置一个时间期限,单位是毫秒。