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C#多线程的同步与通信

发布时间:2010年9月13日 / 分类:DOTNET / 14,157 次浏览 / 评论

C#中使用lock和Monitor控制多线程对资源的使用,最常见的生产者和消费者问题就是多线程同步和通信的经典例子。这篇文章通过例子来了解C#多线程的同步与通信。

一、关于lock和Monitor

lock可以把一段代码定义为互斥段(critical section),互斥段在一个时刻内只允许一个线程进入执行,而其它线程必须等待。格式定义如下:

lock(expression) statement_block

expression代表要跟踪的对象,通常是引用。一般地,如果想保护一个类的实例,使用this;如果保护一个静态变量(如互斥代码段在一个静态方法内部),使用类名就可以了。而statement_block就是互斥段的代码。

Monitor用于多线程公用一个对象时使线程共享资源的方案。Monitor必须和一个具体的对象相关联。

二、生产者和消费者问题

假设两个线程同时维护一个队列,如果一个线程对队列中更新元素,而另外一个线程从队列中获取元素,那么我们称更新元素的线程为生产者,称获取元素的线程为消费者。

1、被操作对象

 /// <summary>
    /// 被操作对象
    /// </summary>
    public class Counter
    {
        //更新和读取的数字
        private int numberOfCounter;
        //读操作可执行标记,可以防止死锁的发生
        private bool readFlag = false;

        public void Read()
        {
            //锁定后,其它读操作等待这一次读操作完成
            lock (this)
            {
                //第一次之行为flase,进入等待
                if (!readFlag)
                {
                    try
                    {
                        //进入等待读,另一个线程写
                        Monitor.Wait(this);
                    }
                    catch (Exception ex)
                    {
                        Console.WriteLine(ex);
                    }
                }

                Console.WriteLine("消费(获取): {0}", numberOfCounter);

                //重置,消费已经完成
                readFlag = false;
                Monitor.Pulse(this);
            }
        }

        public void Write(int number)
        {
            //锁定后,其它写操作等待这一次写操作完成
            lock (this)
            {
                //第一次readFlag为flase,跳过执行下边的写
                //如果当前正在读,等待读操作执行Monitor.Pulse
                if (readFlag)
                {
                    try
                    {
                        Monitor.Wait(this);
                    }
                    catch (Exception ex)
                    {
                        Console.WriteLine(ex);
                    }
                }
                numberOfCounter = number;
                Console.WriteLine("生产(更新): {0}", numberOfCounter);

                //重置,生产已经完成
                readFlag = true;

                //同步通过等待Pulse来完成
                Monitor.Pulse(this);
            }
        }
    }

2、生产者和消费者

/// <summary>
    /// 生产者
    /// </summary>
    public class CounterWrite
    {
        Counter counter;
        //生产者生产次数
        int quantity = 1;

        public CounterWrite(Counter box, int request)
        {
            //构造函数
            counter = box;
            quantity = request;
        }

        //生产者向操作对象更新信息
        public void Write()
        {
            for (int i = 1; i <= quantity; i++)
                counter.Write(i);
        }
    }

    /// <summary>
    /// 消费者
    /// </summary>
    public class CounterRead
    {
        Counter counter;
        //生产者生产次数
        int quantity = 1;

        public CounterRead(Counter box, int request)
        {
            //构造函数
            counter = box;
            quantity = request;
        }

        //消费者从操作对象中获取信息
        public void Read()
        {
            for (int i = 1; i <= quantity; i++)
                counter.Read();
        }
    }

3、线程操作

  Counter counter = new Counter();

            CounterRead read = new CounterRead(counter, 10);
            CounterWrite write = new CounterWrite(counter, 10);

            Thread th1 = new Thread(new ThreadStart(read.Read));
            Thread th2 = new Thread(new ThreadStart(write.Write));

            th1.Start();
            th2.Start();

            th1.Join();
            th2.Join();

            Console.ReadLine();

通过lock锁定Counter对象的引用,初始readFlag为false控制线程1等待读取:Monitor.Wait(this),线程2写入,然后更改readFlag,然后执行:Monitor.Pulse(this),通知等待队列中的线程请求对象状态已发生改变,线程1锁定this,执行读操作,然后更改readFlag,线程1和线程2交互执行写读的操作。

同时因为readFlag的存在和交替更新,避免了死锁情况的发生。

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