多線程(6)線程同步
阿新 • • 發佈：2017-07-01
hand 引用 toa abstract initial button main cross oid 使用多線程很容易，但是如果多個線程同時訪問一個共享資源時而不加以控制，就會導致數據損壞。所以多線程並發時，必須要考慮線程同步(或稱線程安全)的問題。
什麽是線程同步
多個線程同時訪問共享資源時，使多個線程順序(串行)訪問共享資源的機制。 註意： 1，共享資源，比如全局變量和靜態變量。 2，訪問，一般指寫操作，讀操作無需考慮線程同步。 3，串行，指當一個線程正在訪問共享資源時，其它線程等待，直到該線程釋放鎖。線程同步帶來哪些問題
如果能保證多個線程不會同時訪問共享資源，那麽就不需要考慮線程同步。 雖然線程同步能保證多線程同時訪問共享數據時線程安全，但是同時也會帶來以下問題： 1，使用起來繁瑣，因為必須找出代碼中所有可能由多個線程同時訪問的共享數據，並且要用額外的代碼將這些代碼包圍起來，獲取和釋放一個線程同步鎖，而一旦有一處忘記用鎖包圍，共享數據就會被損壞。 2，損害性能，因為獲取和釋放一個鎖是需要時間的。 3，可能會造成更多的線程被創建，由於線程同步鎖一次只允許一個線程訪問共享資源，當線程池線程試圖獲取一個暫時無法獲取的鎖時，線程池就會創建一個新的線程。 所以，要從設計上盡可能地避免線程同步，實在不能避免的再考慮線程同步。線程同步的常用解決方案
1，鎖
包括lock關鍵字和Monitor類型。 使用lock關鍵字實現：
1 /// <summary> 2 /// 線程同步計算器 3 /// </summary> 4 public class SyncCounter : CounterBase 5 { 6 /// <summary> 7 /// 全局變量 8 /// </summary> 9 public int Result = 0; 10 11 private static readonly object lockObj = newView Code 需要註意的是： 1，lock鎖定的對象必須是引用類型，不能是值類型。因為值類型傳入會發生裝箱，這樣每次lock的將是一個不同的對象，就沒有辦法實現多線程同步了。 2，避免使用public類型的對象，這樣很容易導致死鎖。因為其它代碼也有可能鎖定該對象。 3，避免鎖定字符串，因為字符串會被CLR暫留(也就是說兩個變量的字符串內容相同，.net會把暫留的字符串對象分配給變量)，導致應用程序中鎖定的是同一個對象，造成死鎖。 使用Monitor實現：object(); 12 13 public override void Increase() 14 { 15 lock (lockObj) 16 { 17 Result++; 18 } 19 } 20 21 public override void Decrease() 22 { 23 lock (lockObj) 24 { 25 Result--; 26 } 27 }28 }
1 /// <summary> 2 /// 線程同步計算器 3 /// </summary> 4 public class SyncCounter : CounterBase 5 { 6 /// <summary> 7 /// 全局變量 8 /// </summary> 9 public int Result = 0; 10 11 private static readonly object lockObj = new object(); 12 13 public override void Increase() 14 { 15 Monitor.Enter(lockObj); 16 try 17 { 18 Result++; 19 } 20 finally 21 { 22 Monitor.Exit(lockObj); 23 } 24 } 25 26 public override void Decrease() 27 { 28 Monitor.Enter(lockObj); 29 try 30 { 31 Result--; 32 } 33 finally 34 { 35 Monitor.Exit(lockObj); 36 } 37 } 38 }View Code
完整代碼：
1 namespace ConsoleApplication28 2 { 3 class Program 4 { 5 static void Main(string[] args) 6 { 7 //同時發起3個異步線程 8 Console.WriteLine("普通(非線程同步)計算器測試..."); 9 var normalCounter = new NormalCounter(); 10 var tasks = new List<Task>(); 11 var task1 = Task.Factory.StartNew(() => 12 { 13 TestCounter(normalCounter); 14 }); 15 tasks.Add(task1); 16 17 var task2 = Task.Factory.StartNew(() => 18 { 19 TestCounter(normalCounter); 20 }); 21 tasks.Add(task2); 22 23 var task3 = Task.Factory.StartNew(() => 24 { 25 TestCounter(normalCounter); 26 }); 27 tasks.Add(task3); 28 29 30 Task.WaitAll(tasks.ToArray()); 31 Console.WriteLine("NormalCounter.Result:" + normalCounter.Result); 32 Console.WriteLine("*******************************************"); 33 34 Console.WriteLine("線程同步計算器測試..."); 35 var syncCounter = new SyncCounter(); 36 var tasks1 = new List<Task>(); 37 task1 = Task.Factory.StartNew(() => 38 { 39 TestCounter(syncCounter); 40 }); 41 tasks1.Add(task1); 42 43 task2 = Task.Factory.StartNew(() => 44 { 45 TestCounter(syncCounter); 46 }); 47 tasks1.Add(task2); 48 49 task3 = Task.Factory.StartNew(() => 50 { 51 TestCounter(syncCounter); 52 }); 53 tasks1.Add(task3); 54 55 Task.WaitAll(tasks1.ToArray()); 56 Console.WriteLine("SyncCounter.Result:" + syncCounter.Result); 57 58 Console.ReadKey(); 59 } 60 61 /// <summary> 62 /// 63 /// </summary> 64 /// <param name="counter"></param> 65 static void TestCounter(CounterBase counter) 66 { 67 //100000次加減 68 for (int i = 0; i < 100000; i++) 69 { 70 counter.Increase(); 71 counter.Decrease(); 72 } 73 } 74 } 75 76 /// <summary> 77 /// 計算器基類 78 /// </summary> 79 public abstract class CounterBase 80 { 81 /// <summary> 82 /// 加 83 /// </summary> 84 public abstract void Increase(); 85 86 /// <summary> 87 /// 減 88 /// </summary> 89 public abstract void Decrease(); 90 } 91 92 /// <summary> 93 /// 普通計算器 94 /// </summary> 95 public class NormalCounter : CounterBase 96 { 97 /// <summary> 98 /// 全局變量 99 /// </summary> 100 public int Result = 0; 101 102 public override void Increase() 103 { 104 Result++; 105 } 106 107 public override void Decrease() 108 { 109 Result--; 110 } 111 112 } 113 114 /// <summary> 115 /// 線程同步計算器 116 /// </summary> 117 public class SyncCounter : CounterBase 118 { 119 /// <summary> 120 /// 全局變量 121 /// </summary> 122 public int Result = 0; 123 124 private static readonly object lockObj = new object(); 125 126 public override void Increase() 127 { 128 lock (lockObj) 129 { 130 Result++; 131 } 132 } 133 134 public override void Decrease() 135 { 136 lock (lockObj) 137 { 138 Result--; 139 } 140 } 141 } 142 }View Code
lock關鍵字揭密：
通過查看lock關鍵字生成的IL代碼，如下圖：
從上圖可以得出以下結論：
lock關鍵字內部就是使用Monitor類(或者說lock關鍵字是Monitor的語法糖)，使用lock關鍵字比直接使用Monitor更好，原因有二。
1，lock語法更簡潔。
2，lock確保了即使代碼拋出異常，也可以釋放鎖，因為在finally中調用了Monitor.Exit方法。
2，信號同步
信號同步機制中涉及的類型都繼承自抽象類WaitHandle，這些類型有EventWaitHandle（類型化為AutoResetEvent、ManualResetEvent）和Semaphore以及Mutex。關系如下圖。
下面是使用信號同步機制的一個簡單的例子，如下代碼：
1 namespace WindowsFormsApplication1 2 { 3 public partial class Form1 : Form 4 { 5 //信號 6 AutoResetEvent autoResetEvent = new AutoResetEvent(false); 7 8 public Form1() 9 { 10 InitializeComponent(); 11 12 CheckForIllegalCrossThreadCalls = false; 13 } 14 15 /// <summary> 16 /// 開始 17 /// </summary> 18 /// <param name="sender"></param> 19 /// <param name="e"></param> 20 private void button1_Click(object sender, EventArgs e) 21 { 22 Task.Factory.StartNew(() => 23 { 24 this.richTextBox1.Text+="線程啟動..." + Environment.NewLine; 25 this.richTextBox1.Text += "開始處理一些實際的工作" + Environment.NewLine; 26 Thread.Sleep(3000); 27 28 this.richTextBox1.Text += "我開始等待別的線程給我信號，才願意繼續下去" + Environment.NewLine; 29 autoResetEvent.WaitOne(); 30 this.richTextBox1.Text += "我繼續做一些工作，然後結束了！"; 31 }); 32 } 33 34 /// <summary> 35 /// 信號同步 36 /// </summary> 37 /// <param name="sender"></param> 38 /// <param name="e"></param> 39 private void button2_Click(object sender, EventArgs e) 40 { 41 //給在autoResetEvent上等待的線程一個信號 42 autoResetEvent.Set(); 43 } 44 } 45 }View Code
運行效果：
1，線程阻塞，等待信號。
2，主線程發送信號，讓線程繼續執行。
3，線程安全的集合類
我們也可以通過使用.net提供的線程安全的集合類來保證線程安全。在命名空間：System.Collections.Concurrent下。 主要包括：- ConcurrentQueue 線程安全版本的Queue【常用】
- ConcurrentStack線程安全版本的Stack
- ConcurrentBag線程安全的對象集合
- ConcurrentDictionary線程安全的Dictionary【常用】
多線程(6)線程同步