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[ASP.net教程][.net 面向对象程序设计进阶] 多线程(Multithreading)(二) 多线程高级应用

[.net 面向对象程序设计进阶] (17) 多线程(Multithreading)(二) 多线程高级应用

本节要点: 

上节介绍了多线程的基本使用方法和基本应用示例,本节深入介绍.NET多线程中的高级应用。

主要有在线程资源共享中的线程安全和线程冲突的解决方案;多线程同步,使用线程锁和线程通知实现线程同步。

1、 ThreadStatic特性 

特性:[ThreadStatic] 

功能:指定静态字段在不同线程中拥有不同的值 

在此之前,我们先看一个多线程的示例: 

我们定义一个静态字段: 

 static int num = 0;

 然后创建两个线程进行分别累加: 

new Thread(() =>{  for (int i = 0; i < 1000000; i++)    ++num;  Console.WriteLine("来自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num);}){ Name = "线程一" }.Start();  

new Thread(() =>{  for (int i = 0; i < 2000000; i++)    ++num;  Console.WriteLine("来自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num);}){ Name = "线程二" }.Start();

运行多次结果如下: 

     

可以看到,三次的运行结果均不相同,产生这种问题的原因是多线程中同步共享问题导致的,即是多个线程同时共享了一个资源。如何解决上述问题,最简单的方法就是使用静态字段的ThreadStatic特性。 

在定义静态字段时,加上[ThreadStatic]特性,如下: 

 [ThreadStatic]static int num = 0; 

两个线程不变的情况下,再次运行,结果如下: 

  

不论运行多少次,结果都是一样的,当字段被ThreadStatic特性修饰后,它的值在每个线程中都是不同的,即每个线程对static字段都会重新分配内存空间,就当然于一次new操作,这样一来,由于static字段所产生的问题也就没有了。

2. 资源共享 

多线程的资源共享,也就是多线程同步(即资源同步),需要注意的是线程同步指的是线程所访问的资源同步,并非是线程本身的同步。 

在实际使用多线程的过程中,并非都是各个线程访问不同的资源。 

下面看一个线程示例,假如我们并不知道线程要多久完成,我们等待一个固定的时间(假如是500毫秒):

先定义一个静态字段:

 static int result;

创建线程:

Thread myThread = new Thread(() =>{  Thread.Sleep(1000);  result = 100;});myThread.Start();Thread.Sleep(500);       Console.WriteLine(result);

运行结果如下:

 

可以看到结果是0,显然不是我们想要的,但往往在线程执行过程中,我们并不知道它要多久完成,能不能在线程完成后有一个通知?

这里有很多笨的方法,比如我们可能会想到使用一个循环来检测线程状态,这些都不是理想的。

.NET为我们提供了一个Join方法,就是线程阻塞,可以解决上述问题,我们使用Stopwatch来记时,

改进线程代码如下:

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();Thread myThread = new Thread(() =>{  Thread.Sleep(1000);  result = 100;});myThread.Start();Thread.Sleep(500);myThread.Join();Console.WriteLine(watch.ElapsedMilliseconds);Console.WriteLine(result);

运行结果如下:

 结果和我们想要的是一致的。

3. 线程锁

除了上面示例的方法,对于线程同步,.NET还为我们提供了一个锁机制来解决同步,再次改进上面示例如下:

先定义一个静态字段来存储锁:

static object locker = new object();

这里我们可以先不用考虑这个对象是什么。继续看改进后的线程:

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();Thread t1 = new Thread(() =>{  lock (locker)  {    Thread.Sleep(1000);    result = 100;  }});t1.Start();Thread.Sleep(100);lock (locker){  Console.WriteLine("线程耗时:"+watch.ElapsedMilliseconds);  Console.WriteLine("线程输出:"+result);}

运行结果如下:

运行结果和上面示例一样,如果线程处理过程较复杂,可以看到耗时明显减少,这是一种用比阻塞更效率的方式完成线程同步。

4. 线程通知

前面说到了能否在一个线程完成后,通知等待的线程呢,这里.NET为我们提供了一个事件通知的方法来解决这个问题。 

4.1 AutoResetEvent  

先定义一个通知对象

 static EventWaitHandle tellMe = new AutoResetEvent(false);

改进上面的线程如下: 

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();Thread myThread = new Thread(() =>{  Thread.Sleep(1000);  result = 100;  tellMe.Set();});myThread.Start();tellMe.WaitOne();Console.WriteLine("线程耗时:" + watch.ElapsedMilliseconds);Console.WriteLine("线程输出:" + result);

 运行结果如下:

4.2 ManualResetEvent 

和AutoResetEvent 相对的还有一个 ManualResetEvent 手动模式,他们的区别在于,在线程结束后ManualResetEvent 还是可以通行的,除非手动Reset关闭。下面看一个示例:

先定义一个手动通知的对象:

 static EventWaitHandle mre = new ManualResetEvent(false);

创建线程:

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();Thread myThreadFirst = new Thread(() =>{  Thread.Sleep(1000);  result = 100;  mre.Set();}) { Name = "线程一" };Thread myThreadSecond = new Thread(() =>{  mre.WaitOne();  Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "获取结果:" + result + "("+System.DateTime.Now.ToString()+")");}) { Name="线程二"};myThreadFirst.Start();myThreadSecond.Start();mre.WaitOne();Console.WriteLine("线程耗时:" + watch.ElapsedMilliseconds + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")");Console.WriteLine("线程输出:" + result + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")");

运行结果如下:

4.3. Semaphore

Semaphore也是线程通知的一种,上面的通知模式,在线程开启的数量很多的情况下,使用Reset()关闭时,如果不使用Sleep休眠一下,很有可能导致某些线程没有恢复的情况下,某一线程提前关闭,对于这种很难预测的情况,.NET提供了更高级的通知方式Semaphore,可以保证在超多线程时不会出现上述问题。

先定义一个通知对象的静态字段:

 static Semaphore sem = new Semaphore(2, 2);

使用循环创建100个线程:

for (int i = 1; i <= 100; i++){  new Thread(() =>  {    sem.WaitOne();    Thread.Sleep(30);    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+"  "+DateTime.Now.ToString());    sem.Release();  }) { Name="线程"+i}.Start();}

运行结果如下:

 

可以看到完整的输出我们所想要看到的结果。

5. 本节要点:

A.线程中静态字段的ThreadStatic特性,使用该字段在不同线程中拥有不同的值

B.线程同步的几种方式,线程锁和线程通知

C.线程通知的两种方式:AutoResetEvent /ManualResetEvent  和 Semaphore

多线程的更多特性,下一节继续深入介绍。

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