C# 多线程学习(五)线程同步和冲突解决
来源:互联网 发布:华为杭州研究所 云计算 编辑:程序博客网 时间:2024/06/10 18:45
首先先说一个线程不同步的例子吧,以下为售票员的模拟售票,多个售票员出售100张门票,代码如下:
using System;using System.Text;using System.Collections.Generic;using System.Threading;namespace threadTest{ class Program { class ThreadLock { private Thread thread_1; private Thread thread_2; private List<int> tickets; private object objLock = new object();//对象锁的对象 public ThreadLock() { thread_1 = new Thread(Run); thread_1.Name = "Sailer_1"; thread_2 = new Thread(Run); thread_2.Name = "Sailer_2"; } public void Start() { tickets = new List<int>(100); for(int i = 1; i <= 100; i++) { tickets.Add(i); } thread_1.Start(); thread_2.Start(); } public void Run() { while (tickets.Count > 0) { int get = tickets[0]; Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ", Thread.CurrentThread.Name, get.ToString()); tickets.RemoveAt(0); Thread.Sleep(1); } } } static void Main() { ThreadLock TK = new ThreadLock(); TK.Start(); Console.ReadKey(); } }}
以上为一个模拟售票系统,两个线程对一个票箱进行操作,每次都取出最上层的票,然后输出,运行之后查看结果会发现在在同一张票上,两个线程都可能同时卖出,如下:
出现以上的情况的原因就是在多线程的的情况之下,线程的执行顺序是不可控的,就可能会出现以上的情况,具体原因可能如下:
请看代码:
int get = tickets[0]; Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ", Thread.CurrentThread.Name, get.ToString()); tickets.RemoveAt(0);
比如,线程A在刚从tickets中确定要取最底下的一张票之后还未将这张票输出并删除,这时候线程A被分配的CPU时间就用光了。
然后轮到另一个线程B执行,线程B的时间充足,也同样确认了线程A刚才确定的那张票,然后取出了那张票,取出然后输出并删除掉那张票,然后将CPU控制权交到了线程A上。
又轮到了线程A执行,线程A由于刚才已经确定了选定的票号,所以直接输出了那个票号,然后将最底下的票删除。所以可以看到取票有一段是跳跃着取得,如:1,3,5,7,…
线程同步
出现这种情况的原因就是多个线程都是对同一个资源进行操作所致,所以在多线程编程应尽可能避免这种情况,当然有些情况下确实避免不了这种情况,这就需要对其采用一些手段来确保不会出现这种情况,这就是所谓的线程的同步。
在C#中实现线程的同步有几种方法:lock、Mutex、Monitor、Semaphore、Interlocked和ReaderWriterLock等。同步策略也可以分为同步上下文、同步代码区、手动同步几种方式。
Lock同步
针对上面的代码,要保证不会出现混乱的情况,可以用lock关键字来实现,出现问题的部分就是在于判断剩余票数是否大于0,如果大于0则从当前总票数中减去最大的一张票,因此可以对这部分进行lock处理,代码如下:
public void Run() { while (tickets.Count > 0) { lock (objLock) { if (tickets.Count > 0) { int get = tickets[0]; Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ", Thread.CurrentThread.Name, get.ToString()); tickets.RemoveAt(0); Thread.Sleep(1); } } } }
这样处理之后,这个售票系统就变得正常了,效果如下:
总的来说,lock语句是一种有效的、不跨越多个方法的小代码块同步的做法,也就是使用lock语句只能在某个方法的部分代码之间,不能跨越方法。
Monitor类
针对以上的处理方法,我们用Monitor类来处理的话是如下代码:
public void Run() { while (tickets.Count > 0) { Monitor.Enter(objLock); if (tickets.Count > 0) { int get = tickets[0]; Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ", Thread.CurrentThread.Name, get.ToString()); tickets.RemoveAt(0); Thread.Sleep(1); } } Monitor.Exit(objLock); }
运行可以知道,这段代码和lock方法的结果是一样的,当然其实lock就是用Monitor类实现的,除了锁定代码区,我们还可用Monitor类的Wait()和 pulse()方法。
Wait()方法是临时释放当前活得的锁,并使当前对象处于阻塞状态
Pulse()方法是通知处于等待状态的对象可以准备就绪了,它一会就会释放锁。
下面我们来实现一个生产者和消费者模式,生产者线程负责生产数据,消费者线程将生产者生产出来的数据输出,代码如下:
using System;using System.Text;using System.Collections.Generic;using System.Threading;namespace threadTest{ class Program { public class Cell { int cellContents; // Cell对象里边的内容 bool readerFlag = false; // 状态标志,为true时可以读取,为false则正在写入 public int ReadFromCell() { lock (this) // Lock关键字保证了当前代码块在同一时间只允许一个线程进入执行 { if (!readerFlag)//如果现在不可读取 { try { //等待WriteToCell方法中调用Monitor.Pulse()方法将这个线程唤醒 Monitor.Wait(this); } catch (SynchronizationLockException e) { Console.WriteLine(e); } } Console.WriteLine("Use: {0}", cellContents); readerFlag = false; //重置readerFlag标志,表示消费行为已经完成 Monitor.Pulse(this); //通知WriteToCell()方法(该方法在另外一个线程中执行,等待中) } return cellContents; } public void WriteToCell(int n) { lock (this) { if (readerFlag) { try { Monitor.Wait(this); } catch (SynchronizationLockException e) { //当同步方法(指Monitor类除Enter之外的方法)在非同步的代码区被调用 Console.WriteLine(e); } } cellContents = n; Console.WriteLine("Produce: {0}", cellContents); readerFlag = true; Monitor.Pulse(this); //通知另外一个线程中正在等待的ReadFromCell()方法 } } } public class CellProd { Cell cell; // 被操作的Cell对象 int quantity = 1; // 生产者生产次数,初始化为1 public CellProd(Cell box, int request) { cell = box; quantity = request; } public void ThreadRun() { for (int looper = 1; looper <= quantity; looper++) cell.WriteToCell(looper); //生产者向操作对象写入信息 } } public class CellCons { Cell cell; int quantity = 1; public CellCons(Cell box, int request) { //构造函数 cell = box; quantity = request; } public void ThreadRun() { int valReturned; for (int looper = 1; looper <= quantity; looper++) valReturned = cell.ReadFromCell();//消费者从操作对象中读取信息 } } public static void Main(String[] args) { int result = 0; //一个标志位,如果是0表示程序没有出错,如果是1表明有错误发生 Cell cell = new Cell(); //下面使用cell初始化CellProd和CellCons两个类,生产和消费次数均为20次 CellProd prod = new CellProd(cell, 20); CellCons cons = new CellCons(cell, 20); Thread producer = new Thread(new ThreadStart(prod.ThreadRun)); Thread consumer = new Thread(new ThreadStart(cons.ThreadRun)); //生产者线程和消费者线程都已经被创建,但是没有开始执行 try { producer.Start(); consumer.Start(); producer.Join(); consumer.Join(); Console.ReadLine(); } catch (ThreadStateException e) { //当线程因为所处状态的原因而不能执行被请求的操作 Console.WriteLine(e); result = 1; } } }}
这个例程中,生产者线程和消费者线程是交替进行的,生产者写入一个数,消费者立即读取并输出。
同步是通过等待Monitor.Pulse()来完成的。
首先生产者生产了一个数据,而同一时刻消费者处于等待状态,直到收到生产者的“脉冲(Pulse)”通知它生产已经完成,此后消费者进入消费状态。循环往复,效果如下:
差不多如此吧,上面的方法已经可以帮助我们解决多线程中可能出现的大部分问题,剩下的就不再介绍了,同步的处理也到此结束了。
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