C# · 12月 28, 2021

C#线程同步的三类情景分析

本文实例讲述了C#线程同步的三类情景,分享给大家供大家参考。具体分析如下:

C# 已经提供了我们几种非常好用的类库如 BackgroundWorker、Thread、Task等,借助它们,我们就能够分分钟编写出一个多线程的应用程序。

比如这样一个需求:有一个 Winform 窗体,点击按钮后,会将窗体中的数据导出到一个 output.pdf 文件中。原先的代码没有采用多线程技术,所以当点击按钮后,整个窗体就变成无响应了。为了解决这个问题,可以使用 Task.Run(()=>{…导出文件的代码});

上面的代码看似简单,却隐藏着种种危机。如果在导出的期间,窗体的数据被修改了,那会怎么样?如果多个窗体同时导出到同一个文件,又会怎么样?

在看完本系列后,你就会清楚了。

有点了解的朋友都知道线程同步有多种手段,什么 mutex、moniter、seamphore、event 等等,我把它们归为三类,对应三种需要线程同步的情景。

情景一:此茅坑有主了

当一个资源同时被多个线程访问时,有可能会造成资源冲突(尤其是在存在多个写线程的时候)的情景。遇到这种情况,在 C# 中,我们可以使用 Interlocked、lock、Moniter、SpinLock、ReadWriteLockSlim、Mutex 来处理问题。

什么情况下会被认为是情景一?

  当你设计的类中出现静态变量、IO操作时,就会遇到情景一。因为这些资源是由多个对象共享的,不同的线程很同时去访问这些资源时,就可能会出现争用。

  当一个类被设计成单例,且包含实例变量时,也会遇到情景一。因为实例变量属于这个单例,当多个线程操纵此单例时,该变量可能会被争用。

  当一个类中的方法调用线程操作某个实例变量时,也会遇到情景一。

情景二:数量有限,先到先得

情景一强调的是一对多的情形,而在情景二中,资源的数量并不唯一。相比于情景一,情景二侧重的是数量上的限制。而用于实现这一需求的类有:Semaphore、SemaphoreSlim。

什么情况下会被认为是情景二?

  当所操作的公共资源存在并发数限制的时候(如数据库连接、IIS连接数限制等),就被认为是情景二。

情景三:我让你动,你才能动!

情景三关注的是线程执行过程中的先后顺序,而用于保证这种先后顺序的方式就是通过线程通信的方式:ManualResetEventSlim、ManualResetEvent、AutoResetEvent。

什么情况下会被认为是情景三?

当两个线程所处理的事情有先后的依赖时,比如线程二的执行过程依赖线程一的执行结果,那就认为是情景三。

不限使用情景

上面的各种方案并不是绝对只限于某一场景,比如 AutoResetEvent 即可以用于情景三,也可以用于情景一。但是,杀鸡焉用牛刀,虽然使用 AutoResetEvent 能够实现情景一的需求,但是用不了 AutoResetEvent 的线程通信能力,同时又会有一些额外的限制(每个线程必须保证 wait 和 set 的成对使用,否则一个线程在锁定资源后就可能被另一个线程解锁)。

复制代码 代码如下: lock (m)
{
//….
}

//等价于如下方式
autoResetEvent.WaitOne();
//….
autoResetEvent.Set();

  也有朋友说,可以用情景一中的 lock 方案来实现情景三的需求。

AutoResetEvent autoReset = new AutoResetEvent(false);
private void button1_Click(object sender,EventArgs e)
{
Task.Run(() =>
{
autoReset.WaitOne();
Console.WriteLine(“步骤二”);
});

Thread.Sleep(1000);//故意延迟从而保证第二个线程是在第一个线程之后才执行
Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine(“步骤一”);
autoReset.Set();
});
}

  上面这个例子最终输出的结果可想而知。此实例说明,不管线程实际的执行顺序如何,AutoResetEvent 都能很容易的保证两个线程的执行顺序。

如果用 lock 呢?
复制代码 代码如下: private void button1_Click(object sender,EventArgs e)
{
Task.Run(() =>
{
lock (s)
{
Console.WriteLine(“步骤一”);
}
});

Thread.Sleep(1000);//必须人为确保步骤二的线程要在步骤一的线程之后执行
Task.Run(() =>
{
lock (s)
{
Console.WriteLine(“步骤二”);
}
});
}

虽然能实现,但是需要花费额外的代码去人为保证两个线程的执行顺序。

如何在这么多方案中确定最终所使用的,需要你能对项目的各种情景进行分析,根据实际情景选择对应的方案,而不至于大材小用。

总 结

通过本系列文章的介绍,相信能让大家能对多线程中可能碰到的情景有一个概念,不至于在面临多线程的时候手忙脚乱。

希望本文所述对大家的C#程序设计有所帮助。