在上一篇文章“.NET簡(jiǎn)談組件程序設(shè)計(jì)之(上下文與同步域) ”中，我們學(xué)習(xí)了關(guān)于一些上下文和同步域的概念，可以利用這兩個(gè)技術(shù)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)同步。

今天我們主要學(xué)習(xí)怎么手動(dòng)來(lái)執(zhí)行同步，能從更小的粒度進(jìn)行封鎖，以達(dá)到最大程度的吞吐量。[王清培版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)給出署名]

我們知道線程是進(jìn)程的運(yùn)行實(shí)體，進(jìn)程是資源分配單位，而線程是執(zhí)行單位。照書(shū)上所說(shuō)，線程是程序的執(zhí)行路徑，當(dāng)我們分配一個(gè)線程的時(shí)候，要確定線程的執(zhí)行路徑是什么，也就是代碼中的ThreadStart委托所指向的入口點(diǎn)方法。

一旦我們手動(dòng)Start啟動(dòng)線程的時(shí)候，當(dāng)前上下文線程就被系統(tǒng)立即切換，我們從Thread.CurrentThread靜態(tài)屬性中可以準(zhǔn)確的獲取到當(dāng)前正在執(zhí)行的線程實(shí)例，然后進(jìn)行一系列的設(shè)置、等待、終止。[王清培版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)給出署名]

那么線程到底是怎么實(shí)現(xiàn)同步(互斥)的呢，在我們正常的代碼中是沒(méi)有關(guān)于線程同步的現(xiàn)實(shí)代碼的，所以在線程執(zhí)行路徑中是不存在任何能夠阻塞線程的實(shí)現(xiàn)代碼。要想實(shí)現(xiàn)線程阻塞，就必須在線程的執(zhí)行路徑中寫(xiě)點(diǎn)東西，讓所有線程當(dāng)進(jìn)入這段代碼的時(shí)候(也就是臨界資源)，通過(guò)判斷某種東西來(lái)確定是否允許進(jìn)入執(zhí)行。

圖1：

在ThreadStartEnterPoint方法中，如果沒(méi)有任何的同步代碼，那么任何線程都能進(jìn)去執(zhí)行，就導(dǎo)致了亂七八糟的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的時(shí)候，在同一時(shí)間只能是由CPU去執(zhí)行線程的代碼，但是線程是有競(jìng)爭(zhēng)情況的，當(dāng)線程1還沒(méi)有完全執(zhí)行完畢，線程2就來(lái)執(zhí)行這塊數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不同步。

那么我們需要再線程1還沒(méi)有執(zhí)行完畢前不允許其他線程使用這塊內(nèi)存對(duì)象。當(dāng)線程1使用完后就立即釋放所占有的資源，讓其他線程能競(jìng)爭(zhēng)。

利用Monitor(監(jiān)視器)來(lái)進(jìn)行同步

Monitor是用來(lái)提供同步的對(duì)象，通過(guò)它可以在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上鎖定對(duì)象。請(qǐng)看代碼：

[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)] ?

???????public?void?ShowMessage() ?

???????{ ?

???????????for?(int?i?=?0;?i?<?20;?i++) ?

???????????{ ?

???????????????if?(i?==?10) ?

???????????????????Monitor.Wait(this);//等第二個(gè)線程使用完后，我在繼續(xù)執(zhí)行。將當(dāng)前線程放置在等待隊(duì)列里 ?

???????????????Thread?currentthread?=?Thread.CurrentThread; ?

???????????????Console.WriteLine(currentthread.Name?+?"|"?+?currentthread.ManagedThreadId?+?"|"?+?i.ToString()); ?

???????????} ?

???????} ?

???????[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)] ?

???????public?void?PluseThread() ?

???????{ ?

???????????for?(int?i?=?0;?i?<?20;?i++) ?

???????????{ ?

???????????????Thread?currentthread?=?Thread.CurrentThread; ?

???????????????Console.WriteLine(currentthread.Name?+?"|"?+?currentthread.ManagedThreadId?+?"|"?+?i.ToString()); ?

???????????} ?

???????????Monitor.Pulse(this);//將等待隊(duì)列里的線程放到鎖定隊(duì)列，也就是Monitor.Enter(); ?

???????}?

這是一個(gè)類中的兩個(gè)方法，在方法的頭部我用了MethodImpl方法特性進(jìn)行了標(biāo)識(shí)，其實(shí)這個(gè)特性的目的就是在方法的入口處和結(jié)束處加上同步方法，也就是Monitor.Enter和Monitor.Exit，一般情況下我們都是習(xí)慣用lock來(lái)鎖定對(duì)象，其實(shí)lock也是Monitor的變體。這里我就不寫(xiě)出來(lái)了。讓我們熟悉一下陌生的使用方式。

Myclass1?myclass?=?new?Myclass1(); ?

?

???????????ThreadStart?startdeleted?=?new?ThreadStart(myclass.ShowMessage); ?

???????????Thread?thread?=?new?Thread(startdeleted); ?

???????????thread.Name?=?"線程1"; ?

???????????ThreadStart?stra?=?new?ThreadStart(myclass.PluseThread); ?

???????????Thread?thread2?=?new?Thread(stra); ?

???????????thread2.Name?=?"線程2"; ?

?

???????????thread.Start(); ?

???????????thread2.Start(); ?

?

???????????thread2.Join(); ?

???????????Console.WriteLine("線程2已經(jīng)釋放"); ?

???????????thread.Join(); ?

???????????Console.WriteLine("線程1已經(jīng)釋放"); ?

在調(diào)用的代碼里面，大概意思是這樣的，我們同時(shí)開(kāi)啟兩個(gè)線程，入口點(diǎn)分別是上面的兩個(gè)方法，在PluseThread里面是為了將ShowMessage線程1從等待隊(duì)列里釋放出來(lái)繼續(xù)執(zhí)行。[王清培版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)給出署名]

在ShowMessage里面我用Monitor.Wait方法等待，當(dāng)調(diào)用這個(gè)方法的時(shí)候會(huì)使用我鎖定的對(duì)象，讓其他線程進(jìn)入執(zhí)行。當(dāng)Monitor.Pluse的時(shí)候，線程1繼續(xù)執(zhí)行。

靜態(tài)Monitor對(duì)象是每個(gè)線程都會(huì)執(zhí)行的路徑，我們通過(guò)控制Monitor來(lái)進(jìn)行線程同步，當(dāng)我們調(diào)用Wait就是等待，直到當(dāng)前對(duì)象Pluse才繼續(xù)執(zhí)行。

圖2：

利用WaitHandle(等待句柄)來(lái)進(jìn)行同步

上面我們通過(guò)Monitor來(lái)進(jìn)行同步，在同步的時(shí)候我們需要很好的控制等待時(shí)間，用Monitor也能通過(guò)Wait進(jìn)行等待超時(shí)設(shè)置，也許它內(nèi)部封裝是Windows等待句柄。

這里我們通過(guò)使用WaitHandle來(lái)進(jìn)行同步，WaitHandle是個(gè)抽象類，它的子類有很多，比如Mutex互斥體、ManualResetEvent、AutoResetEvent事件對(duì)象，等等。下面我們就來(lái)看看利用這些對(duì)象怎么同步線程。

Mutext互斥體

public?void?Print() ?

????????{ ?

????????????Mutex?mutex?=?new?Mutex(false,?"myclass");//Mutex互斥體 ?

????????????mutex.WaitOne(); ?

????????????for?(int?i?=?0;?i?<?10;?i++) ?

????????????{ ?

????????????????Console.WriteLine(i.ToString()?+?Thread.CurrentThread.Name); ?

????????????} ?

????????????mutex.ReleaseMutex(); ?

????????}?

在方法的內(nèi)部我們申請(qǐng)一個(gè)Mutex對(duì)象，這個(gè)Mutex是全局的，就是在一臺(tái)機(jī)器上只能存在一個(gè)名稱的Mutex，Mutex可用來(lái)同步線程也可以用來(lái)同步進(jìn)程。

我們?cè)赑rint方法里面用WaitOne獲取句柄，如果已經(jīng)有線程“捷足先得”了，那么這里將阻塞，并返回false。

在使用完后，記得調(diào)用ReleaseMutex釋放當(dāng)前占用的Mutex句柄。

Myclass1?myclass?=?new?Myclass1(); ?

?

???????????Thread?thread?=?new?Thread(new?ThreadStart(myclass.Print)); ?

???????????thread.Name?=?"線程1"; ?

?

???????????Thread?thread2?=?new?Thread(new?ThreadStart(myclass.Print)); ?

???????????thread2.Name?=?"線程2"; ?

?

???????????thread.Start(); ?

???????????thread2.Start(); ?

?

???????????thread2.Join(); ?

???????????thread.Join(); ?

???????????Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); ?

???????????Console.ReadLine();?

圖3：

利用ManualResetEvent(手動(dòng)事件)來(lái)進(jìn)行同步

我們直接看代碼吧，ManualResetEvent大家可能都用過(guò)。

public?class?EventWaitHandlerDemo ?

???{ ?

???????ManualResetEvent?resetevent?=?new?ManualResetEvent(false); ?

???????public?EventWaitHandlerDemo() ?

???????{ ?

???????????Thread?thread?=?new?Thread(new?ThreadStart(this.DoWork)); ?

???????????thread.Start(); ?

???????} ?

???????private?void?DoWork() ?

???????{ ?

???????????int?count?=?0; ?

???????????while?(true) ?

???????????{ ?

???????????????resetevent.WaitOne(); ?

???????????????Console.WriteLine(count++); ?

???????????} ?

???????} ?

???????public?void?GoThread() ?

???????{ ?

???????????resetevent.Set(); ?

???????????Console.WriteLine("線程啟動(dòng)"); ?

???????} ?

???????public?void?Stopthread() ?

???????{ ?

???????????resetevent.Reset(); ?

???????????Console.WriteLine("線程暫停"); ?

???????} ?

???????public?void?Close() ?

???????{ ?

???????????resetevent.Close(); ?

???????????Console.WriteLine("線程終止"); ?

???????} ?

???}?

這種類型的等待句柄對(duì)象是完全手動(dòng)控制的，讓我們想要用的時(shí)候要記得set，想要暫停的時(shí)候就Reset，不用了就close。

EventWaitHandlerDemo?demo?=?new?EventWaitHandlerDemo(); ?

????????????demo.GoThread(); ?

?

????????????Thread.Sleep(1000); ?

????????????demo.Stopthread(); ?

?

????????????Thread.Sleep(1000); ?

????????????demo.Close(); ?

?

????????????Console.WriteLine("程序結(jié)束");?

圖4：

利用AutoResetEvent(自動(dòng)事件)來(lái)進(jìn)行同步

從名字上就能看出，該事件是自動(dòng)重置事件，不需要想上面那樣進(jìn)行set\reset操作。

public?class?AutoResetEventDemo ?

????{ ?

????????AutoResetEvent?autoevent?=?new?AutoResetEvent(true); ?

????????public?AutoResetEventDemo() ?

????????{?} ?

????????public?void?Print() ?

????????{ ?

????????????autoevent.WaitOne(); ?

????????????//??autoevent.Reset();在手動(dòng)事件中，需要手動(dòng)切換狀態(tài) ?

????????????int?i?=?0; ?

????????????while?(true) ?

????????????{ ?

????????????????if?(i?==?10) ?

????????????????{ ?

????????????????????Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name?+?"線程結(jié)束"); ?

????????????????????autoevent.Set(); ?

????????????????????break; ?

????????????????} ?

????????????????Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId?+?"|"?+?i++); ?

????????????} ?

????????} ?

????}?

在上面的代碼中，我們通過(guò)WaitOne獲取等待句柄，當(dāng)我們獲取到之后，事件對(duì)象會(huì)自動(dòng)重置為信號(hào)已發(fā)，其他線程無(wú)法獲取到等待句柄。當(dāng)我們set之后其他線程才能獲取到，這里省掉的是線程進(jìn)入執(zhí)行路徑的過(guò)程。

ManualResetEvent需要手動(dòng)進(jìn)行set才能使用，一旦set之后信號(hào)標(biāo)記為未發(fā)狀態(tài)，所有線程都能執(zhí)行代碼，除非手動(dòng)Reset才能阻塞。

Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); ?

???????????AutoResetEventDemo?autodemo?=?new?AutoResetEventDemo(); ?

?

???????????Thread?thread1?=?new?Thread(new?ThreadStart(autodemo.Print)); ?

???????????thread1.Name?=?"線程1"; ?

?

???????????Thread?thread2?=?new?Thread(new?ThreadStart(autodemo.Print)); ?

???????????thread2.Name?=?"線程2"; ?

???????????thread1.Start(); ?

???????????thread2.Start(); ?

?

???????????thread1.Join(); ?

???????????thread2.Join(); ?

???????????Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId); ?

???????????Console.Read();?

圖5：

[王清培版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)給出署名]

與50位技術(shù)專家面對(duì)面20年技術(shù)見(jiàn)證，附贈(zèng)技術(shù)全景圖

總結(jié)

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