.Net组件程序设计之线程、并发管理(二)-创新互联
.Net组件程序设计之线程、并发管理(二)
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手动同步
监视器
互斥
可等待事件
同步线程
所有的.NET组件都支持在多线程的环境中运行,可以被多个线程并发访问,如果没有线程同步,这样的后果是当多个线程同时访问 对象状态时,对象的状态可能被破坏,造成不一致性。.NET提供了两种方法来避免这样的问题,使得我们设计的组件更加健壮。 第一种是自动同步,让你使用一个属性来修饰组件,这样就可以把组件交给.NET了,同步的事情也就交给了.NET。 第二种是手动同步,这是让你使用.NET提供的同步对象来实现线程同步,也不是太复杂,本篇将会对手动同步来稍作讲解。
2.1 手动同步
.NET手动同步提供了一套丰富的同步锁,上一节说到同步域,同步域事实上是一个巨大的宏锁,而手动同步则提供了 对被锁对象的细粒度控制,可以控制访问对象、单一成员甚至是单行的代码。这样的好处就是有可能的提高系统的性能和吞吐量。
2.1.1 监视器
监视器是一种只能和引用类型一块工作的锁。
2.1.1-1
1 public class ManualSynchronization 2 { 3 public void DoSomeThing() 4 { 5 for (int i = 0; i < 100; i++) 6 { 7 Console.WriteLine(i.ToString()); 8 } 9 } 10 }
1 ManualSynchronization monitorcase = new ManualSynchronization(); 2 3 Monitor.Enter(monitorcase); 4 try 5 { 6 monitorcase.DoSomeThing(); 7 } 8 finally 9 { 10 Monitor.Exit(monitorcase); 11 }
任何线程的任何对象都可以调用Enter()方法来锁定对象,如果Monitor正在被一个线程使用,而这个时候又有一个线程来请求对象Enter(),这样就会使第二个线程阻塞,直到第一个线程调用Exit(),如果这时有多个线程请求对象Enter(),它们就会被放置在一个叫做锁队列的队列里,并依照队列的顺序获得服务顺序。
你还可以使用Monitor类为静态类方法或静态属性提供安全线程访问,方法是让Monitor锁定该类型,而不是一个实例:
2.1.1-2
1 public class ManualSynchronization 2 { 3 public static void SDoSomeThing() 4 { 5 for (int i = 0; i < 100; i++) 6 { 7 Console.WriteLine(i.ToString()); 8 } 9 } 10 }
1 Monitor.Enter(typeof(ManualSynchronization)); 2 try 3 { 4 ManualSynchronization.SDoSomeThing(); 5 } 6 finally 7 { 8 Monitor.Exit(typeof(ManualSynchronization)); 9 }
在C#中为了简化这样的写法,提供了lock语句,使编译器在try/finally语句中自动产生对Enter()和Exit()的调用。
比如你写下这样的代码等同于2.1.1-1的示例代码:
2.1.1-3
1 ManualSynchronization monitorcase = new ManualSynchronization(); 2 lock(monitorcase) 3 { 4 monitorcase.DoSomeThing(); 5 }
像上面的代码这样写看似没什么问题了,因为这个lock所定对象实例或者是对象类型,是根据客户端开发者的判断而定的,这样的锁定方式与客户端耦合度大,看下以下代码:
2.1.1-4
1 public class ManualSynchronization 2 { 3 public void DoSomeThing() 4 { 5 lock (this) 6 { 7 for (int i = 0; i < 100; i++) 8 { 9 Console.WriteLine(i.ToString()); 10 } 11 } 12 } 13 }
1 ManualSynchronization monitorcase = new ManualSynchronization(); 2 monitorcase.DoSomeThing();
这样感觉是不是舒服不少,这就是方法同步了,.NET内部也对它提供了支持,定义在System.Runtime.CompilerServices命名空间里的MethodImpl方法属性接受一个MethodImplOptions类型的枚举。其中一个枚举值是MethodImplOptions.Synchronized。当运行这个枚举值的时候,编辑器就指示.NET运行时在方法入口锁定对象,语义和2.1.1-4的代码断相同:
2.1.1-5
1 public class ManualSynchronization 2 { 3 [MethodImpl( MethodImplOptions.Synchronized)] 4 public void DoSomeThingSynchroniezd() 5 { 6 Console.WriteLine("studycase"); 7 } 8 }
2.1.2 互斥
这一个小节要讲到的是Mutex类,它是从WaitHandle派生的类,它保证了各个线程在某个资源或代码块上相互排斥。
2.1.2-1
1 public class MutexDom:IDisposable 2 { 3 public MutexDom(){} 4 private int _Num = 0; 5 public int Num 6 { 7 get 8 { 9 return _Num; 10 } 11 set 12 { 13 _Num = value; 14 } 15 } 16 public void Dom() 17 { 18 for (int i = 0; i < 100; i++) 19 { 20 Num = Num + i; 21 Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "_" + Num.ToString() +"_"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()); 22 } 23 24 25 } 26 public void Dispose() 27 { 28 29 } 30 31 public static void Test() 32 { 33 MutexDom mutexDom=new MutexDom(); 34 ThreadStart threadStart=new ThreadStart(mutexDom.Dom); 35 Thread thread1 = new Thread(threadStart); 36 thread1.Name = "Thread_One"; 37 Thread thread2 = new Thread(threadStart); 38 thread2.Name = "Thread_Two"; 39 thread1.Start(); 40 thread2.Start(); 41 } 42 }
MutexDom.Test();启动测试,我所希望的效果是Dom()方法是有序的执行的,而我用了一个int类型的Nun属性来作为计数器,那我们就一起来看一下结果吧(可能每次运行结果不一样)
我所期望的在线程Thread_One中执行0递增至99的值时4950,而在结果中已经超出了这个范围,这说明了什么?说明了两个线程在交替的对Num进行操作。修改一下代码,再来看一下:
2.1.2-2
1 public class MutexDom:IDisposable 2 { 3 private Mutex _Mutex; 4 public MutexDom() 5 { 6 _Mutex = new Mutex(); 7 } 8 private int _Num = 0; 9 public int Num 10 { 11 get 12 { 13 return _Num; 14 } 15 set 16 { 17 _Num = value; 18 } 19 } 20 public void Dom() 21 { 22 _Mutex.WaitOne();//如果当前资源被占用 则等待占用它的线程发送消息 23 try 24 { 25 for (int i = 0; i < 100; i++) 26 { 27 Num = Num + i; 28 Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "_" + Num.ToString() +"_"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString()); 29 } 30 } 31 finally 32 { 33 _Mutex.ReleaseMutex(); 34 } 35 36 } 37 public void Dispose() 38 { 39 _Mutex.Close(); 40 } 41 42 public static void Test() 43 { 44 MutexDom mutexDom=new MutexDom(); 45 ThreadStart threadStart=new ThreadStart(mutexDom.Dom); 46 Thread thread1 = new Thread(threadStart); 47 thread1.Name = "Thread_One"; 48 Thread thread2 = new Thread(threadStart); 49 thread2.Name = "Thread_Two"; 50 51 thread1.Start(); 52 thread2.Start(); 53 54 } 55 }
从结果中得出,是线程Thread_Two先执行的,这个没关系,只要看它的结果值就行了,这就说明了,在线程"Thread_Two"执行对Dom()方法操作的时候"Thread_One"是肯定已经启动了的,而且是在等待"Thread_Two"的释放消息,这样就保持了对象状态的一致性,这个时候"Thread_One"是在一个等待队列中的。如果这个时候"Thread_One"调用ReleaseMutex()方法,是会报错的,因为ReleaseMutex()方法是只能当前所占有的线程来进行释放,互斥就这样完成了。
2.1.3 可等待事件
EventWaitHandle类派生于WaitHandle,被用于跨线程通知事件。 它有两种状态:信号已发状态、信号未发状态。 Set()方法和 Reset()方法分别把句柄状态设置为信号已发或信号未发。 它有两种使用方式,一种是手动重置,还有一种是自动重置。是通过给构造函数提供一个EventResetMode类型的枚举值,
1 public enum EventResetMode 2 { 3 AutoReset, 4 ManualReset 5 }
.NET提供了EventWaitHandle的两个强类型子类,定义如下:
1 public class ManualResetEvent:EventWaitHandle 2 { 3 public ManualResetEvent(bool initialState):base(initialState,EventResetMode.ManualReset) 4 {} 5 } 6 public sealed class AutoResetEvent : EventWaitHandle 7 { 8 public AutoResetEvent(bool initialState):base(initialState,EventResetMode.AutoReset) 9 {} 10 }
先来看一下手动重置:
2.1.3-1
1 public class EventDom:IDisposable 2 { 3 ManualResetEvent _WaitHandle; 4 public EventDom() 5 { 6 _WaitHandle = new ManualResetEvent(true); 7 8 Thread thread = new Thread(DoWork); 9 thread.Start(); 10 } 11 private void DoWork() 12 { 13 int num = 0; 14 while (true) 15 { 16 _WaitHandle.WaitOne(); 17 num++; 18 Console.WriteLine("EventDom_" + num.ToString()); 19 } 20 } 21 public void StartThread() 22 { 23 _WaitHandle.Set(); 24 Console.WriteLine("EventDom->StartThread"); 25 } 26 public void StopThread() 27 { 28 _WaitHandle.Reset(); 29 Console.WriteLine("EventDom->StopThread"); 30 } 31 public void Dispose() 32 { 33 _WaitHandle.Close(); 34 } 35 36 public static void Test() 37 { 38 EventDom eventDom = new EventDom(); 39 eventDom.StopThread(); 40 } 41 42 }
调用EventDom.Test();进行测试,结果如下图:
在构造函数中我就已经把手动重置事件声明为了 信号已发状态,所以在运行的时候,while在每次循环的时候等待接收到的信号一直都是已发送状态,所以是一直在输出,直到调用了StopThread()方法中的Reset()方法,把状态设置为未发送状态,才使执行暂停。
再来看一下自动重置,修改一下上段的代码,
1 public class EventDom : IDisposable 2 { 3 AutoResetEvent _WaitHandle; 4 public EventDom() 5 { 6 _WaitHandle = new AutoResetEvent(true); 7 8 Thread thread = new Thread(DoWork); 9 thread.Start(); 10 } 11 private void DoWork() 12 { 13 int num = 0; 14 while (true) 15 { 16 _WaitHandle.WaitOne(); 17 num++; 18 Console.WriteLine("EventDom_" + num.ToString()); 19 } 20 } 21 public void StartThread() 22 { 23 _WaitHandle.Set(); 24 Console.WriteLine("EventDom->StartThread"); 25 } 26 public void StopThread() 27 { 28 _WaitHandle.Reset(); 29 Console.WriteLine("EventDom->StopThread"); 30 } 31 public void Dispose() 32 { 33 _WaitHandle.Close(); 34 } 35 36 public static void Test() 37 { 38 EventDom eventDom = new EventDom(); 39 eventDom.StartThread(); 40 } 41 }
首先把手动重置类型换成了自动重置类型,然后再测试代码中把设置状态为未发送的方法,改成了设置状态为已发送的方法。
这个结果是正确,因为自动重置类型就是事件状态被设置为信号已发,它就会保持这个状态,直到某个线程从等待调用中释放出来,然后在这个时候,它的状态会发生改变,自动的反转到未发送状态。
还有一些扩展的知识点就不在这一一阐述了,希望本篇能对大家有所帮助。END
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