深入分析C# 執行緒同步
上一篇介紹瞭如何開啟執行緒,執行緒間相互傳遞引數,及執行緒中本地變數和全域性共享變數區別。
本篇主要說明執行緒同步。
如果有多個執行緒同時訪問共享資料的時候,就必須要用執行緒同步,防止共享資料被破壞。如果多個執行緒不會同時訪問共享資料,可以不用執行緒同步。
執行緒同步也會有一些問題存在:
- 效能損耗。獲取,釋放鎖,執行緒上下文建切換都是耗效能的。
- 同步會使執行緒排隊等待執行。
執行緒同步的幾種方法:
阻塞
當執行緒呼叫Sleep,Join,EndInvoke,執行緒就處於阻塞狀態(Sleep使呼叫執行緒阻塞,Join、EndInvoke使另外一個執行緒阻塞),會立即從cpu退出。(阻塞狀態的執行緒不消耗cpu)
當執行緒在阻塞和非阻塞狀態間切換時會消耗幾毫秒時間。
//Join static void Main() { Thread t = new Thread (Go); Console.WriteLine ("Main方法已經執行...."); t.Start(); t.Join();//阻塞Main方法 Console.WriteLine ("Main方法解除阻塞,繼續執行..."); } static void Go() { Console.WriteLine ("在t執行緒上執行Go方法..."); } //Sleep static void Main() { Console.WriteLine ("Main方法已經執行...."); Thread.CurrentThread.Sleep(3000);//阻塞當前執行緒 Console.WriteLine ("Main方法解除阻塞,繼續執行..."); } //Task static void Main() { Task Task1=Task.Run(() => { Console.WriteLine("task方法執行..."); Thread.Sleep(1000); }); Console.WriteLine(Task1.IsCompleted); Task1.Wait();//阻塞主執行緒 ,等該Task1完成 Console.WriteLine(Task1.IsCompleted); }
加鎖(lock)
加鎖使多個執行緒同一時間只有一個執行緒可以呼叫該方法,其他執行緒被阻塞。
同步物件的選擇:
- 使用引用型別,值型別加鎖時會裝箱,產生一個新的物件。
- 使用private修飾,使用public時易產生死鎖。(使用lock(this),lock(typeof(例項))時,該類也應該是private)。
- string不能作為鎖物件。
- 不能在lock中使用
await
關鍵字
鎖是否必須是靜態型別?
如果被鎖定的方法是靜態的,那麼這個鎖必須是靜態型別。這樣就是在全域性鎖定了該方法,不管該類有多少個例項,都要排隊執行。
如果被鎖定的方法不是靜態的,那麼不能使用靜態型別的鎖,因為被鎖定的方法是屬於例項的,只要該例項呼叫鎖定方法不產生損壞就可以,不同例項間是不需要鎖的。這個鎖只鎖該例項的方法,而不是鎖所有例項的方法.*
class ThreadSafe { private static object _locker = new object(); void Go() { lock (_locker) { ......//共享資料的操作 (Static Method),使用靜態鎖確保所有例項排隊執行 } } private object _locker2=new object(); void GoTo() { lock(_locker2) //共享資料的操作,非靜態方法,是用非靜態鎖,確保同一個例項的方法呼叫者排隊執行 } }
同步物件可以兼作它lock的物件
如:
class ThreadSafe { private List <string> _list = new List <string>(); void Test() { lock (_list) { _list.Add ("Item 1"); } } }
Monitors
lock
其實是Monitors
的簡潔寫法。
lock (x) { DoSomething(); }
兩者其實是一樣的。
System.Object obj = (System.Object)x; System.Threading.Monitor.Enter(obj); try { DoSomething(); } finally { System.Threading.Monitor.Exit(obj); }
互斥鎖(Mutex)
互斥鎖是一個互斥的同步物件,同一時間有且僅有一個執行緒可以獲取它。可以實現程序級別上執行緒的同步。
class Program { //例項化一個互斥鎖 public static Mutex mutex = new Mutex(); static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 3; i++) { //在不同的執行緒中呼叫受互斥鎖保護的方法 Thread test = new Thread(MutexMethod); test.Start(); } Console.Read(); } public static void MutexMethod() { Console.WriteLine("{0} 請求獲取互斥鎖",Thread.CurrentThread.Name); mut.WaitOne(); Console.WriteLine("{0} 已獲取到互斥鎖",Thread.CurrentThread.Name); Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("{0} 準備釋放互斥鎖",Thread.CurrentThread.Name); // 釋放互斥鎖 mut.ReleaseMutex(); Console.WriteLine("{0} 已經釋放互斥鎖",Thread.CurrentThread.Name); } }
互斥鎖可以在不同的程序間實現執行緒同步
使用互斥鎖實現一個一次只能啟動一個應用程式的功能。
public static class SingleInstance { private static Mutex m; public static bool IsSingleInstance() { //是否需要建立一個應用 Boolean isCreateNew = false; try { m = new Mutex(initiallyOwned: true,name: "SingleInstanceMutex",createdNew: out isCreateNew); } catch (Exception ex) { } return isCreateNew; } }
互斥鎖的帶有三個引數的建構函式
- initiallyOwned: 如果initiallyOwned為true,互斥鎖的初始狀態就是被所例項化的執行緒所獲取,否則例項化的執行緒處於未獲取狀態。
- name:該互斥鎖的名字,在作業系統中只有一個命名為name的互斥鎖mutex,如果一個執行緒得到這個name的互斥鎖,其他執行緒就無法得到這個互斥鎖了,必須等待那個執行緒對這個執行緒釋放。
- createNew:如果指定名稱的互斥體已經存在就返回false,否則返回true。
訊號和控制代碼
lock
和mutex
可以實現執行緒同步,確保一次只有一個執行緒執行。但是執行緒間的通訊就不能實現。如果執行緒需要相互通訊的話就要使用AutoResetEvent
,ManualResetEvent
,通過訊號來相互通訊。它們都有兩個狀態,終止狀態和非終止狀態。只有處於非終止狀態時,執行緒才可以阻塞。
AutoResetEvent:
AutoResetEvent
建構函式可以傳入一個bool型別的引數,false
表示將AutoResetEvent
物件的初始狀態設定為非終止。如果為true
標識終止狀態,那麼WaitOne
方法就不會再阻塞執行緒了。但是因為該類會自動的將終止狀態修改為非終止,所以,之後再呼叫WaitOne
方法就會被阻塞。
WaitOne
方法如果AutoResetEvent
物件狀態非終止,則阻塞呼叫該方法的執行緒。可以指定時間,若沒有獲取到訊號,返回false
set
方法釋放被阻塞的執行緒。但是一次只可以釋放一個被阻塞的執行緒。
class ThreadSafe { static AutoResetEvent autoEvent; static void Main() { //使AutoResetEvent處於非終止狀態 autoEvent = new AutoResetEvent(false); Console.WriteLine("主執行緒執行..."); Thread t = new Thread(DoWork); t.Start(); Console.WriteLine("主執行緒sleep 1秒..."); Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("主執行緒釋放訊號..."); autoEvent.Set(); } static void DoWork() { Console.WriteLine(" t執行緒執行DoWork方法,阻塞自己等待main執行緒訊號..."); autoEvent.WaitOne(); Console.WriteLine(" t執行緒DoWork方法獲取到main執行緒訊號,繼續執行..."); } }
輸出
主執行緒執行...
主執行緒sleep 1秒...
t執行緒執行DoWork方法,阻塞自己等待main執行緒訊號...
主執行緒釋放訊號...
t執行緒DoWork方法獲取到main執行緒訊號,繼續執行...
ManualResetEvent
ManualResetEvent
和AutoResetEvent
用法類似。
AutoResetEvent
在呼叫了Set
方法後,會自動的將訊號由釋放(終止)改為阻塞(非終止),一次只有一個執行緒會得到釋放訊號。而ManualResetEvent
在呼叫Set
方法後不會自動的將訊號由釋放(終止)改為阻塞(非終止),而是一直保持釋放訊號,使得一次有多個被阻塞執行緒執行,只能手動的呼叫Reset
方法,將訊號由釋放(終止)改為阻塞(非終止),之後的再呼叫Wait.One方法的執行緒才會被再次阻塞。
public class ThreadSafe { //建立一個處於非終止狀態的ManualResetEvent private static ManualResetEvent mre = new ManualResetEvent(false); static void Main() { for(int i = 0; i <= 2; i++) { Thread t = new Thread(ThreadProc); t.Name = "Thread_" + i; t.Start(); } Thread.Sleep(500); Console.WriteLine("\n新執行緒的方法已經啟動,且被阻塞,呼叫Set釋放阻塞執行緒"); mre.Set(); Thread.Sleep(500); Console.WriteLine("\n當ManualResetEvent處於終止狀態時,呼叫由Wait.One方法的多執行緒,不會被阻塞。"); for(int i = 3; i <= 4; i++) { Thread t = new Thread(ThreadProc); t.Name = "Thread_" + i; t.Start(); } Thread.Sleep(500); Console.WriteLine("\n呼叫Reset方法,ManualResetEvent處於非阻塞狀態,此時呼叫Wait.One方法的執行緒再次被阻塞"); mre.Reset(); Thread t5 = new Thread(ThreadProc); t5.Name = "Thread_5"; t5.Start(); Thread.Sleep(500); Console.WriteLine("\n呼叫Set方法,釋放阻塞執行緒"); mre.Set(); } private static void ThreadProc() { string name = Thread.CurrentThread.Name; Console.WriteLine(name + " 執行並呼叫WaitOne()"); mre.WaitOne(); Console.WriteLine(name + " 結束"); } } //Thread_2 執行並呼叫WaitOne() //Thread_1 執行並呼叫WaitOne() //Thread_0 執行並呼叫WaitOne() //新執行緒的方法已經啟動,且被阻塞,呼叫Set釋放阻塞執行緒 //Thread_2 結束 //Thread_1 結束 //Thread_0 結束 //當ManualResetEvent處於終止狀態時,呼叫由Wait.One方法的多執行緒,不會被阻塞。 //Thread_3 執行並呼叫WaitOne() //Thread_4 執行並呼叫WaitOne() //Thread_4 結束 //Thread_3 結束 ///呼叫Reset方法,ManualResetEvent處於非阻塞狀態,此時呼叫Wait.One方法的執行緒再次被阻塞 //Thread_5 執行並呼叫WaitOne() //呼叫Set方法,釋放阻塞執行緒 //Thread_5 結束
Interlocked
如果一個變數被多個執行緒修改,讀取。可以用Interlocked
。
計算機上不能保證對一個數據的增刪是原子性的,因為對資料的操作也是分步驟的:
- 將例項變數中的值載入到暫存器中。
- 增加或減少該值。
- 在例項變數中儲存該值。
Interlocked
為多執行緒共享的變數提供原子操作。
Interlocked
提供了需要原子操作的方法:
- public static int Add (ref int location1,int value); 兩個引數相加,且把結果和賦值該第一個引數。
- public static int Increment (ref int location); 自增。
- public static int CompareExchange (ref int location1,int value,int comparand);
location1 和comparand比較,被value替換.
value 如果第一個引數和第三個引數相等,那麼就把value賦值給第一個引數。
comparand 和第一個引數對比。
ReaderWriterLock
如果要確保一個資源或資料在被訪問之前是最新的。那麼就可以使用ReaderWriterLock
.該鎖確保在對資源獲取賦值或更新時,只有它自己可以訪問這些資源,其他執行緒都不可以訪問。即排它鎖。但用改鎖讀取這些資料時,不能實現排它鎖。
lock
允許同一時間只有一個執行緒執行。而ReaderWriterLock
允許同一時間有多個執行緒可以執行讀操作,或者只有一個有排它鎖的執行緒執行寫操作。
class Program { // 建立一個物件 public static ReaderWriterLock readerwritelock = new ReaderWriterLock(); static void Main(string[] args) { //建立一個執行緒讀取資料 Thread t1 = new Thread(Write); // t1.Start(1); Thread t2 = new Thread(Write); //t2.Start(2); // 建立10個執行緒讀取資料 for (int i = 3; i < 6; i++) { Thread t = new Thread(Read); // t.Start(i); } Console.Read(); } // 寫入方法 public static void Write(object i) { // 獲取寫入鎖,20毫秒超時。 Console.WriteLine("執行緒:" + i + "準備寫..."); readerwritelock.AcquireWriterLock(Timeout.Infinite); Console.WriteLine("執行緒:" + i + " 寫操作" + DateTime.Now); // 釋放寫入鎖 Console.WriteLine("執行緒:" + i + "寫結束..."); Thread.Sleep(1000); readerwritelock.ReleaseWriterLock(); } // 讀取方法 public static void Read(object i) { Console.WriteLine("執行緒:" + i + "準備讀..."); // 獲取讀取鎖,20毫秒超時 readerwritelock.AcquireReaderLock(Timeout.Infinite); Console.WriteLine("執行緒:" + i + " 讀操作" + DateTime.Now); // 釋放讀取鎖 Console.WriteLine("執行緒:" + i + "讀結束..."); Thread.Sleep(1000); readerwritelock.ReleaseReaderLock(); } } //分別遮蔽writer和reader方法。可以更清晰的看到 writer被阻塞了。而reader沒有被阻塞。 //遮蔽reader方法 //執行緒:1準備寫... //執行緒:1 寫操作2017/7/5 17:50:01 //執行緒:1寫結束... //執行緒:2準備寫... //執行緒:2 寫操作2017/7/5 17:50:02 //執行緒:2寫結束... //遮蔽writer方法 //執行緒:3準備讀... //執行緒:5準備讀... //執行緒:4準備讀... //執行緒:5 讀操作2017/7/5 17:50:54 //執行緒:5讀結束... //執行緒:3 讀操作2017/7/5 17:50:54 //執行緒:3讀結束... //執行緒:4 讀操作2017/7/5 17:50:54 //執行緒:4讀結束...
參考:
- MSDN
- 《CLR via C#》
以上就是深入分析C# 執行緒同步的詳細內容,更多關於c# 執行緒同步的資料請關注我們其它相關文章!