C# 線程同步的方法

更新時(shí)間：2020年08月03日 11:49:28 作者：冬冬他哥哥

這篇文章主要介紹了C# 線程同步的方法，文中講解非常細(xì)致，代碼幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)，感興趣的朋友可以了解下

一、進(jìn)程內(nèi)部的線程同步

1、使用lock，用法如下：

private static readonly object SeqLock = new object();

    private void Print()
    {
      lock (SeqLock)
      {
        Console.WriteLine("test");
      }
    }

特性：只能傳遞對(duì)象，無法設(shè)置等待超時(shí)

2、使用：InterLocked（原子操作）

其在System.Threading命名空間下，Interlocked實(shí)際是類控制計(jì)數(shù)器，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步，其很容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者模型

//緩沖區(qū)，只能容納一個(gè)字符
   private static char buffer;
   //標(biāo)識(shí)量（緩沖區(qū)中已使用的空間，初始值為0）
   private static long numberOfUsedSpace = 0;
   static void Main(string[] args)
   {
    //線程：寫入者
    Thread Writer = new Thread(delegate ()
    {
     string str = "這里面的字會(huì)一個(gè)一個(gè)讀取出來，一個(gè)都不會(huì)少，，，";
     for (int i = 0; i < 24; i++)
     {
      //寫入數(shù)據(jù)前檢查緩沖區(qū)是否已滿
      //如果已滿，就進(jìn)行等待，直到緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)被進(jìn)程Reader讀取為止
      while (Interlocked.Read(ref numberOfUsedSpace) == 1)
      {
       Thread.Sleep(50);
      }
      buffer = str[i]; //向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)
      //寫入數(shù)據(jù)后把緩沖區(qū)標(biāo)記為滿（由0變?yōu)?）
      Interlocked.Increment(ref numberOfUsedSpace);
     }
    });
    //線程：讀出者
    Thread Reader = new Thread(delegate ()
    {
     for (int i = 0; i < 24; i++)
     {
      //讀取數(shù)據(jù)前檢查緩沖區(qū)是否為空
      //如果為空，就進(jìn)行等待，直到進(jìn)程Writer向緩沖區(qū)中寫入數(shù)據(jù)為止
      while (Interlocked.Read(ref numberOfUsedSpace) == 0)
      {
       Thread.Sleep(50);
      }
      char ch = buffer;  //從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)
      Console.Write(ch);
      Interlocked.Decrement(ref numberOfUsedSpace);
     }
    });
    //啟動(dòng)線程
    Writer.Start();
    Reader.Start();
    Console.ReadKey();

3、使用Monitor

其中Monitor.Enter()和lock相同

      Monitor.Enter(obj){
        //Synchronized part
      }finally{
        Monitor.Exit(obj);
      }

TryEnter則可設(shè)置等待時(shí)間等

bool lockTaken=false;
      Monitor.TryEnter(obj, 500, ref lockTaken);
      if(lockTaken){
        try
        {
          //Synchronized part
        }
        finally
        {
          Monitor.Exit(obj);
        }
      }else{
        //don't aquire the lock, excute other parts
      }

二、進(jìn)程間的同步

1. WaitHandle:

封裝等待對(duì)共享資源進(jìn)行獨(dú)占訪問的操作系統(tǒng)特定的對(duì)象。 WaitHandle：是一個(gè)抽象類，我們一般不直接用，而是用它的派生類：

AutoResetEvent、EventWaitHandle、ManualResetEvent、Mutex、Semaphore

這個(gè)抽象類的方法如下：

WaitOne(): 等待一個(gè)信號(hào)的出現(xiàn)，可設(shè)置超時(shí)；

WaitAll(): 等待多個(gè)信號(hào)的出現(xiàn)，可設(shè)置超時(shí)；

WaitAny(): 等待任意一個(gè)信號(hào)的出現(xiàn)，可設(shè)置超時(shí)；

2、Mutex: 與Monitor 類似，只有一個(gè)線程能夠獲取鎖定。利用WaitOne() 獲取鎖定，利用ReleaseMutex() 解除鎖定。構(gòu)造函數(shù)使用如下：

      bool isNew = false;
      mutex = new Mutex(false, "Mutex1", out isNew);

參數(shù)1：鎖創(chuàng)建后是否由主調(diào)線程擁有。如果設(shè)為true，相當(dāng)于調(diào)用了WaitOne()，需要釋放，否則其他線程無法獲取鎖；

參數(shù)2：鎖名稱，可通過OpenExist()或TryOpenExist() 打開已有鎖，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)識(shí)別有名稱的互鎖，所以可由不同的進(jìn)程共享。若鎖名稱為空，就是未命名的互鎖，不能在多個(gè)進(jìn)程之間共享；

參數(shù)3: 是否為新創(chuàng)建的互鎖；

下面的例子演示Mutex 在進(jìn)程之間的使用： class Program

private static Mutex mutex = null; 
    static void Main(string[] args)
    {
      bool isNew = false;
      mutex = new Mutex(false, "Mutex1", out isNew);
      Console.WriteLine("Main Start....");
      mutex.WaitOne();
      Console.WriteLine("Aquire Lock and Running....");
      Thread.Sleep(10000);
      mutex.ReleaseMutex();
      Console.WriteLine("Release Lock....");
      Console.WriteLine("Main end....");
      Console.ReadLine();
    }
  }

連續(xù)2次運(yùn)行這個(gè)控制臺(tái)程序的exe，結(jié)果如下，首先運(yùn)行的獲取 Mutex1 互鎖，后面運(yùn)行的會(huì)等待直到前面運(yùn)行的釋放 Mutex1 互鎖。

3.Semaphore: 信號(hào)量的作用于互斥鎖類似，但它可以定義一定數(shù)量的線程同時(shí)使用。下面是構(gòu)造函數(shù)：

      bool isNew = false;
      semaphore = new Semaphore(3, 3, "semaphore1", out isNew);

參數(shù)1：創(chuàng)建后，最初釋放的鎖的數(shù)量，如參數(shù)1設(shè)為2，參數(shù)2設(shè)為3，則創(chuàng)建后只有2個(gè)鎖可用，另1個(gè)已經(jīng)鎖定；

參數(shù)2：定義可用鎖的數(shù)量；

參數(shù)3: 信號(hào)量的名稱，與Mutex類似；

參數(shù)4：是否為新創(chuàng)建的互鎖；

以下例子創(chuàng)建了信號(hào)量“semaphore1”，利用Parallel.For() 同步運(yùn)行Func1() ，在Func1() 中，當(dāng)線程獲取信號(hào)量鎖，釋放鎖或等待超時(shí)，都會(huì)在控制臺(tái)里輸出，

class Program
  {
    private static Semaphore semaphore = null;
    static void Main(string[] args)
    {

      Console.WriteLine("Main Start....");
      bool isNew = false;
      semaphore = new Semaphore(3, 3, "semaphore1", out isNew);
      Parallel.For(0, 6, Func1);
      Console.WriteLine("Main end....");
      Console.ReadLine();
    }

    static void Func1(int index)
    {
      Console.WriteLine("Task {0} Start....",Task.CurrentId);
      bool isComplete = false;
      while (!isComplete)
      {
        if (semaphore.WaitOne(1000))  
        {
          try
          {
            Console.WriteLine("Task {0} aquire lock....", Task.CurrentId);
            Thread.Sleep(5000);
          }
          finally
          {
            semaphore.Release();
            Console.WriteLine("Task {0} release lock....", Task.CurrentId);
            isComplete = true;
          }
        }
        else
        {
          Console.WriteLine("Task {0} timeout....", Task.CurrentId);
        }
      }
    }

運(yùn)行結(jié)果如下，線程1，2，3首先獲取信號(hào)量鎖，線程4，5，6在等待，直到1，2，3釋放，

4. AutoResetEvent 類：

可以使用事件通知其他任務(wù)，構(gòu)造函數(shù)為 public AutoResetEvent(bool initialState)。

當(dāng)initialState=true，處于signaled 模式(終止?fàn)顟B(tài))，調(diào)用waitone() 也不會(huì)阻塞任務(wù)，等待信號(hào)，調(diào)用Reset()方法，可以設(shè)置為non-signaled 模式;

當(dāng)initialState=fasle，處于non-signaled 模式(非終止?fàn)顟B(tài))，調(diào)用waitone() 會(huì)等待信號(hào)阻塞當(dāng)前線程(可以在多個(gè)線程中調(diào)用，同時(shí)阻塞多個(gè)線程)，直到調(diào)用set()發(fā)送信號(hào)釋放線程(調(diào)用一次，只能釋放一個(gè)線程)，一般使用這種方式；

以下例子創(chuàng)建5個(gè)任務(wù)，分別調(diào)用waitone()阻塞線程，接著每隔2s 調(diào)用set()，

private static AutoResetEvent autoReset = new AutoResetEvent(false);
    static void Main(string[] args)
    {
      Console.WriteLine("Main Start....");
      for (int i = 0; i < 5; i++)
      {
        Task.Factory.StartNew(() =>
        {
          Console.WriteLine("{0} Start....", Task.CurrentId);
          autoReset.WaitOne();
          Console.WriteLine("{0} Continue....", Task.CurrentId);
        });
      }
      for (int i = 0; i < 5;i++ )
      {
        Thread.Sleep(2000);
        autoReset.Set();
      }
      Console.WriteLine("Main end....");
      Console.ReadLine();
    }

運(yùn)行結(jié)果每次順序略有不同，釋放是隨機(jī)的：

5. ManualResetEvent 類：功能基本上和AutoSetEvent類似，但又一個(gè)不同點(diǎn)：

使用AutoSetEvent，每次調(diào)用set()，切換到終止模式，只能釋放一個(gè)waitone()，便會(huì)自動(dòng)切換到非終止模式；但ManualResetEvent，調(diào)用set()，切換到終止模式，可以釋放當(dāng)前所有的waitone()，需要手動(dòng)調(diào)用reset()才能切換到非終止模式。

以下例子說明了這個(gè)不同的：

private static ManualResetEvent manualReset = new ManualResetEvent(false);
    static void Main(string[] args)
    {
      Console.WriteLine("Main Start....");
      for (int i = 0; i < 5; i++)
      {
        Task.Factory.StartNew(() =>
        {
          Console.WriteLine("{0} Start....", Task.CurrentId);
          manualReset.WaitOne();
          Console.WriteLine("{0} Continue....", Task.CurrentId);
        });
      }
      Thread.Sleep(2000);
      manualReset.Set();
      manualReset.WaitOne();
      Console.WriteLine("it doesn't work now, Main continue....");
      manualReset.Reset();
      manualReset.WaitOne();
      Console.WriteLine("Main end....");
      Console.ReadLine();
    }

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