C#多線程同步不同實現(xiàn)方式小結(jié)

更新時間：2025年01月21日 10:31:20 作者：語衣

本文主要介紹了C#多線程同步不同實現(xiàn)方式,文中通過示例代碼介紹的非常詳細,對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧

AutoResetEvent

class MainClass
{
	// the array of consumer threads
	private static List<Thread> consumers = new List<Thread> ();

	// the task queue
	private static Queue<Action> tasks = new Queue<Action>();

	// the synchronisation object for locking the task queue
	private static readonly object queueLock = new object();

	// this wait handle notifies consumers of a new task
	private static EventWaitHandle newTaskAvailable = new AutoResetEvent (false);

	// the synchronisation object for locking the console color
	private static readonly object consoleLock = new object();


	// enqueue a new task
	private static void EnqueueTask (Action task)
	{
		lock (queueLock)
		{
			tasks.Enqueue (task);
		}
		newTaskAvailable.Set();
	}


	// thread work method for consumers
	private static void DoWork(ConsoleColor color)
	{
		while (true)
		{
			// get a new task
			Action task = null;
			lock (queueLock) {
				if (tasks.Count > 0)
				{
					task = tasks.Dequeue ();
				}
			}
			if (task != null)
			{
				// set console to this task's color
				lock (consoleLock)
				{
					Console.ForegroundColor = color;
				}

				// execute task
				task ();
			}
			else
				// queue is empty - wait for a new task
				newTaskAvailable.WaitOne();
		}
	}

	public static void Main (string[] args)
	{
		// set up 3 consumers
		consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Red); }));
		consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Green); }));
		consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Blue); }));

		// start all consumers
		consumers.ForEach ( (t) => { t.Start (); });

		while (true)
		{
			// add a new task
			Random r = new Random();
			EnqueueTask ( () => {

				// the task is to write a random number to the console
				int number = r.Next (10);
				Console.Write (number);

			});

			// random sleep to simulate workload
			Thread.Sleep (r.Next (1000)); 
		}
	}
}

這段代碼實現(xiàn)了一個簡單的生產(chǎn)者-消費者模型，其中有一個生產(chǎn)者（在Main方法中模擬）和多個消費者（在這個例子中是三個線程，每個線程代表一個消費者）。這個模型通過共享的任務隊列來同步生產(chǎn)者和消費者之間的工作。

代碼功能概述：

任務隊列：使用Queue<Action>來存儲待執(zhí)行的任務（在這里，任務被定義為無參數(shù)的Action委托）。
生產(chǎn)者：在Main方法中，通過無限循環(huán)不斷生成新的任務（打印一個隨機數(shù)到控制臺），并將這些任務添加到任務隊列中。生產(chǎn)者每生成一個任務后，會隨機等待一段時間（模擬工作負載）。
消費者：有三個消費者線程，每個線程都執(zhí)行相同的DoWork方法，但傳入不同的控制臺顏色參數(shù)。消費者線程從任務隊列中取出任務并執(zhí)行（即調(diào)用任務委托），同時在執(zhí)行任務前將控制臺顏色設(shè)置為自己的顏色。如果任務隊列為空，消費者線程將等待（通過newTaskAvailable.WaitOne()），直到生產(chǎn)者通知它們有新的任務可用。
同步機制：
- 使用queueLock對象來同步對任務隊列的訪問，確保在添加或移除任務時不會發(fā)生數(shù)據(jù)競爭。
- 使用newTaskAvailable（AutoResetEvent）來通知消費者有新的任務可用。當生產(chǎn)者將任務放入隊列后，它會設(shè)置這個事件，從而喚醒一個等待的消費者線程。
- 使用consoleLock對象來同步對控制臺顏色的設(shè)置，防止多個消費者線程同時更改控制臺顏色。

代碼執(zhí)行流程：

初始化：在Main方法中，創(chuàng)建并啟動三個消費者線程，每個線程都執(zhí)行DoWork方法，但傳入不同的控制臺顏色參數(shù)。
生產(chǎn)者循環(huán)：Main方法進入一個無限循環(huán)，不斷生成新的任務（打印隨機數(shù)到控制臺），并將這些任務添加到任務隊列中。每生成一個任務后，生產(chǎn)者會隨機等待一段時間。
消費者工作：每個消費者線程都進入一個無限循環(huán)，嘗試從任務隊列中取出任務。如果隊列不為空，它們將設(shè)置控制臺顏色為自己的顏色，執(zhí)行任務（打印隨機數(shù)），然后再次嘗試從隊列中取出任務。如果隊列為空，它們將等待newTaskAvailable事件被設(shè)置，這通常發(fā)生在生產(chǎn)者將新任務添加到隊列后。
持續(xù)運行：這個過程將持續(xù)進行，因為生產(chǎn)者和消費者都運行在無限循環(huán)中。在實際應用中，您可能需要添加某種退出機制來優(yōu)雅地停止程序。

ManualResetEvent

class MainClass
{
	// the array of consumer threads
	private static List<Thread> consumers = new List<Thread> ();

	// the task queue
	private static Queue<Action> tasks = new Queue<Action>();

	// the synchronisation object for locking the task queue
	private static readonly object queueLock = new object();

	// this wait handle notifies consumers of a new task
	private static EventWaitHandle newTaskAvailable = new AutoResetEvent (false);

	// this wait handle pauses consumers
	private static EventWaitHandle pauseConsumers = new ManualResetEvent (true);

	// the synchronisation object for locking the console color
	private static readonly object consoleLock = new object();


	// enqueue a new task
	private static void EnqueueTask (Action task)
	{
		lock (queueLock)
		{
			tasks.Enqueue (task);
		}
		newTaskAvailable.Set();
	}


	// thread work method for consumers
	private static void DoWork(ConsoleColor color)
	{
		while (true)
		{
			// check if producer asked us to pause
			pauseConsumers.WaitOne ();

			// get a new task
			Action task = null;
			lock (queueLock) {
				if (tasks.Count > 0)
				{
					task = tasks.Dequeue ();
				}
			}
			if (task != null)
			{
				// set console to this task's color
				lock (consoleLock)
				{
					Console.ForegroundColor = color;
				}

				// execute task
				task ();
			}
			else
				// queue is empty - wait for a new task
				newTaskAvailable.WaitOne();
		}
	}

	public static void Main (string[] args)
	{
		// set up 3 consumers
		consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Red); }));
		consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Green); }));
		consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Blue); }));

		// start all consumers
		consumers.ForEach ( (t) => { t.Start (); });

		bool consumersPaused = false;

		while (true)
		{
			// add a new task
			Random r = new Random();
			EnqueueTask ( () => {

				// the task is to write a random number to the console
				int number = r.Next (10);
				Console.Write (number);

			});

			// random sleep to simulate workload
			Thread.Sleep (r.Next (1000)); 

			// pressing any key pauses/unpauses the consumers
			if (Console.KeyAvailable)
			{
				Console.Read ();
				if (consumersPaused)
				{
					pauseConsumers.Set ();
					Console.WriteLine ("Consumers resumed");
				}
				else
				{
					pauseConsumers.Reset ();
					Console.WriteLine ("Consumers paused");
				}

				consumersPaused = !consumersPaused;
			}
		}
	}
}

這段代碼實現(xiàn)了一個帶有暫停/恢復功能的生產(chǎn)者-消費者模型，其中包含一個生產(chǎn)者（在Main方法中模擬）和三個消費者線程。這個模型通過共享的任務隊列來同步生產(chǎn)者和消費者之間的工作，并且允許用戶通過按鍵操作來暫?；蚧謴拖M者的執(zhí)行。

代碼功能概述：

任務隊列：使用Queue<Action>來存儲待執(zhí)行的任務。
同步機制：
- queueLock：用于同步對任務隊列的訪問，確保在添加或移除任務時不會發(fā)生數(shù)據(jù)競爭。
- newTaskAvailable（AutoResetEvent）：當生產(chǎn)者將新任務添加到隊列時，設(shè)置此事件以通知一個等待的消費者線程。
- pauseConsumers（ManualResetEvent）：允許生產(chǎn)者（或用戶）暫停和恢復消費者的執(zhí)行。
- consoleLock：用于同步對控制臺顏色的設(shè)置，防止多個消費者線程同時更改控制臺顏色。
消費者線程：三個消費者線程分別執(zhí)行DoWork方法，但傳入不同的控制臺顏色參數(shù)。消費者線程無限循環(huán)地等待新任務，如果任務隊列中有任務，則取出任務并執(zhí)行，同時設(shè)置控制臺顏色為自己的顏色。如果任務隊列為空，則等待newTaskAvailable事件被設(shè)置。此外，消費者還會檢查pauseConsumers事件是否被設(shè)置，如果被設(shè)置，則暫停執(zhí)行直到被重置。
生產(chǎn)者：在Main方法中模擬，不斷生成新的任務（打印一個隨機數(shù)到控制臺）并添加到任務隊列中。每生成一個任務后，生產(chǎn)者會隨機等待一段時間（模擬工作負載）。此外，生產(chǎn)者還檢查控制臺是否有按鍵輸入，如果有，則切換消費者的暫停/恢復狀態(tài)。

代碼執(zhí)行流程：

初始化：創(chuàng)建并啟動三個消費者線程，每個線程都執(zhí)行DoWork方法，但傳入不同的控制臺顏色參數(shù)。
生產(chǎn)者循環(huán)：Main方法進入一個無限循環(huán)，不斷生成新的任務（打印隨機數(shù)到控制臺），并將這些任務添加到任務隊列中。每生成一個任務后，生產(chǎn)者會隨機等待一段時間。同時，生產(chǎn)者檢查控制臺是否有按鍵輸入，并根據(jù)按鍵切換消費者的暫停/恢復狀態(tài)。
消費者工作：每個消費者線程都進入一個無限循環(huán)，首先檢查pauseConsumers事件是否被設(shè)置，如果被設(shè)置則等待。然后嘗試從任務隊列中取出任務，如果隊列不為空，則設(shè)置控制臺顏色并執(zhí)行任務；如果隊列為空，則等待newTaskAvailable事件被設(shè)置。
暫停/恢復：用戶可以通過按任意鍵來切換消費者的暫停/恢復狀態(tài)。如果消費者當前是暫停狀態(tài)，則按鍵將喚醒它們并繼續(xù)執(zhí)行；如果消費者當前是運行狀態(tài)，則按鍵將使它們暫停執(zhí)行。

CountdownEvent

class MainClass
{
	// the array of consumer threads
	private static List<Thread> consumers = new List<Thread> ();

	// the task queue
	private static Queue<Action> tasks = new Queue<Action>();

	// the synchronisation object for locking the task queue
	private static readonly object queueLock = new object();

	// this wait handle notifies consumers of a new task
	private static EventWaitHandle newTaskAvailable = new AutoResetEvent (false);

	// the wait handle to quit consumers
	private static CountdownEvent quitConsumers = new CountdownEvent (3);

	// the flag to request that consumers quit
	private static bool quitRequested = false;

	// the synchronisation object for quitting consumers
	private static readonly object quitLock = new object ();

	// the synchronisation object for locking the console color
	private static readonly object consoleLock = new object();


	// enqueue a new task
	private static void EnqueueTask (Action task)
	{
		lock (queueLock)
		{
			tasks.Enqueue (task);
		}
		newTaskAvailable.Set();
	}


	// thread work method for consumers
	private static void DoWork(ConsoleColor color)
	{
		while (true)
		{
			// check if someone asked us to quit
			lock (quitLock)
			{
				if (quitRequested)
				{
					Console.WriteLine ("Consumer {0} is quitting", color);
					quitConsumers.Signal ();
					break;
				}
			}

			// get a new task
			Action task = null;
			lock (queueLock) {
				if (tasks.Count > 0)
				{
					task = tasks.Dequeue ();
				}
			}
			if (task != null)
			{
				// set console to this task's color
				lock (consoleLock)
				{
					Console.ForegroundColor = color;
				}

				// execute task
				task ();
			}
			else
				// queue is empty - wait for a new task
				newTaskAvailable.WaitOne(1000);
		}
	}

	public static void Main (string[] args)
	{
		// set up 3 consumers
		consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Red); }));
		consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Green); }));
		consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Blue); }));

		// start all consumers
		consumers.ForEach ( (t) => { t.Start (); });

		int iterations = 0;

		while (true)
		{
			// add a new task
			Random r = new Random();
			EnqueueTask ( () => {

				// the task is to write a random number to the console
				int number = r.Next (10);
				Console.Write (number);

			});

			// random sleep to simulate workload
			Thread.Sleep (r.Next (1000)); 

			// quit after 10 iterations
			if (iterations++ >= 10)
			{
				// request consumer quit
				lock (quitLock)
				{
					quitRequested = true;
				}

				// wait until all consumers have signalled
				quitConsumers.Wait ();

				Console.WriteLine ("All consumers have quit");
				break;
			}
		}
	}
}

這個代碼實現(xiàn)了一個帶有優(yōu)雅退出機制的生產(chǎn)者-消費者模型。它創(chuàng)建了三個消費者線程，這些線程從共享的任務隊列中取出并執(zhí)行任務。與之前的代碼相比，這個代碼添加了以下主要功能和改進：

優(yōu)雅退出機制：
- 引入了quitRequested標志和quitLock同步對象，用于控制消費者線程的退出請求。
- 使用CountdownEvent（quitConsumers）來等待所有消費者線程都完成退出前的清理工作并發(fā)出信號。
- 當生產(chǎn)者決定退出時，它會將quitRequested標志設(shè)置為true，并通過quitConsumers.Wait()等待所有消費者線程都調(diào)用quitConsumers.Signal()來確認它們已經(jīng)準備好退出。
消費者線程的退出邏輯：
- 每個消費者線程在循環(huán)開始時都會檢查quitRequested標志。如果設(shè)置為true，則消費者將打印一條退出消息，調(diào)用quitConsumers.Signal()來通知生產(chǎn)者它已準備好退出，并退出循環(huán)。
- 注意，消費者在退出前會釋放控制臺顏色的鎖（consoleLock），但在這個特定的例子中，由于退出是在沒有任務可執(zhí)行的空閑時間發(fā)生的，所以這一步實際上可能是多余的，因為退出時不會再次訪問控制臺顏色。
任務隊列的輪詢：
- 消費者在任務隊列為空時會調(diào)用newTaskAvailable.WaitOne(1000)，這是一個帶超時的等待調(diào)用。這意味著如果1000毫秒內(nèi)沒有新任務到來，消費者將停止等待并再次檢查退出條件。這有助于防止消費者線程在隊列為空時永久掛起。
生產(chǎn)者的迭代次數(shù)限制：
- 生產(chǎn)者在一個循環(huán)中運行，但只執(zhí)行有限次數(shù)的迭代（在這個例子中是10次）。每次迭代都會向任務隊列中添加一個新任務，并在迭代之間隨機等待一段時間以模擬工作負載。
- 當達到迭代次數(shù)限制時，生產(chǎn)者會請求消費者退出，并等待所有消費者都準備好退出。
其他同步機制：
- 代碼仍然使用queueLock來同步對任務隊列的訪問，以防止數(shù)據(jù)競爭。
- consoleLock用于同步對控制臺顏色的訪問，以確保當多個消費者線程嘗試同時更改控制臺顏色時不會發(fā)生沖突。
代碼執(zhí)行流程：
- 程序初始化三個消費者線程，并將它們啟動。
- 生產(chǎn)者在一個循環(huán)中運行，每次迭代都向任務隊列中添加一個新任務，并隨機等待一段時間。
- 當達到迭代次數(shù)限制時，生產(chǎn)者請求消費者退出，并等待它們確認。
- 一旦所有消費者都確認退出，生產(chǎn)者將打印一條消息，并退出程序。

Barrier

class MainClass
{
    // wait handles to rendezvous threads  
    public static Barrier barrier = new Barrier(3, b => Console.WriteLine("All threads have reached the barrier."));

    // thread work method  
    public static void DoWork()
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Console.Write(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + ": " + i + " ");

            // rendezvous with other threads  
            barrier.SignalAndWait();
        }
    }

    public static void Main(string[] args)
    {
        // start three threads  
        new Thread(DoWork).Start();
        new Thread(DoWork).Start();
        new Thread(DoWork).Start();

        // Keep the main thread alive to prevent the program from exiting before the threads finish  
        Console.WriteLine("Press Enter to exit...");
        Console.ReadLine();
    }
}

代碼功能概述：

Barrier 初始化：
- 在 MainClass 中，創(chuàng)建了一個 Barrier 實例 barrier，其構(gòu)造函數(shù)接受兩個參數(shù)：參與同步的線程數(shù)（這里是 3）和一個在每次所有線程都到達屏障時調(diào)用的委托（打印一條消息）。
線程工作方法：
- DoWork 方法是三個線程將執(zhí)行的方法。每個線程都會進入一個循環(huán)，循環(huán) 5 次。
- 在每次循環(huán)迭代中，線程都會打印其當前迭代次數(shù)和線程 ID，然后調(diào)用 barrier.SignalAndWait()。
- SignalAndWait 方法導致當前線程在屏障處等待，直到所有其他參與線程也都調(diào)用了 SignalAndWait。一旦所有線程都到達屏障，它們會同時繼續(xù)執(zhí)行，并且如果提供了，會執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)中指定的委托（打印一條消息）。
主線程：
- 主線程啟動了三個 DoWork 線程，并等待用戶按下 Enter 鍵以繼續(xù)執(zhí)行。這是為了防止主線程在后臺線程完成之前退出程序。

運行結(jié)果

當所有三個線程都到達 barrier.SignalAndWait() 時，它們會同時停止執(zhí)行，并等待彼此。
一旦所有線程都到達屏障，它們會同時繼續(xù)執(zhí)行，并且控制臺會打印出 “All threads have reached the barrier.”。
這個過程會在每次循環(huán)迭代時重復，直到每個線程都完成了 5 次迭代。
最后，用戶按下 Enter 鍵后，程序退出。

到此這篇關(guān)于C#多線程同步不同實現(xiàn)方式小結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C# 多線程同步內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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