C# · 12月 28, 2021

C#中线程同步对象的方法分析

本文实例讲述了C#中线程同步对象的方法。分享给大家供大家参考。具体分析如下:

在编写多线程程序时无可避免会遇到线程的同步问题。什么是线程的同步呢?

举个例子:如果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、如果一个对象(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、如果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如果有 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、如果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,这时如果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。如果主管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,一旦遇到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:
复制代码 代码如下:public class Tools
{
private int count = 100;
public void Add(int n)
{
count+=n;
}
public void Delete(int n)
{
count-=n;
}
}
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:
复制代码 代码如下: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,如果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:
复制代码 代码如下: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:
复制代码 代码如下: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,它就被捕获了,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意的问题,就是在独占代码段里面如果引起了异常,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:
复制代码 代码如下: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.”);
}
}
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:
复制代码 代码如下: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();
}
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。
复制代码 代码如下: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(” 花已经送到MM手中了,boss”);
ent.Set(); //通知阻塞程序
}
}
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:
复制代码 代码如下: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
}
}

希望本文所述对大家的C#程序设计有所帮助。