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.NET组件程序设计之线程、并发管理(二)

关键词:.NET组件线程并发管理  阅读(606) 赞(12)

[摘要]本文是对.NET组件程序设计之线程、并发管理(二)的讲解,对学习C#编程技术有所帮助,与大家分享。

2.同步线程

  • 手动同步

    • 监视器

    • 互斥

    • 可等待事件

同步线程

所有的.NET组件都支持在多线程的环境中运行,可以被多个线程并发访问,如果没有线程同步,这样的后果是当多个线程同时访问 对象状态时,对象的状态可能被破坏,造成不一致性。.NET提供了两种方法来避免这样的问题,使得我们设计的组件更加健壮。 第一种是自动同步,让你使用一个属性来修饰组件,这样就可以把组件交给.NET了,同步的事情也就交给了.NET。 第二种是手动同步,这是让你使用.NET提供的同步对象来实现线程同步,也不是太复杂,本篇将会对手动同步来稍作讲解。

2.1 手动同步

.NET手动同步提供了一套丰富的同步锁,上一节说到同步域,同步域事实上是一个巨大的宏锁,而手动同步则提供了 对被锁对象的细粒度控制,可以控制访问对象、单一成员甚至是单行的代码。这样的好处就是有可能的提高系统的性能和吞吐量。

2.1.1 监视器

监视器是一种只能和引用类型一块工作的锁。

2.1.1-1

     public class ManualSynchronization
     {
         public void DoSomeThing()
         {
             for (int i = 0; i < 100; i++)
             {
                 Console.WriteLine(i.ToString());
             }
         }
     }
 ManualSynchronization monitorcase = new ManualSynchronization();
 
 Monitor.Enter(monitorcase);
 try
 {
     monitorcase.DoSomeThing();
 }
 finally
 {
     Monitor.Exit(monitorcase);
 }

任何线程的任何对象都可以调用Enter()方法来锁定对象,如果Monitor正在被一个线程使用,而这个时候又有一个线程来请求对象Enter(),这样就会使第二个线程阻塞,直到第一个线程调用Exit(),如果这时有多个线程请求对象Enter(),它们就会被放置在一个叫做锁队列的队列里,并依照队列的顺序获得服务顺序。

你还可以使用Monitor类为静态类方法或静态属性提供安全线程访问,方法是让Monitor锁定该类型,而不是一个实例:

2.1.1-2

     public class ManualSynchronization
     {
         public static void SDoSomeThing()
         {
             for (int i = 0; i < 100; i++)
             {
                 Console.WriteLine(i.ToString());
             }
         }
     }
            Monitor.Enter(typeof(ManualSynchronization));
            try
            {
                ManualSynchronization.SDoSomeThing();
            }
            finally
            {
                Monitor.Exit(typeof(ManualSynchronization));
            }

在C#中为了简化这样的写法,提供了lock语句,使编译器在try/finally语句中自动产生对Enter()和Exit()的调用。

比如你写下这样的代码等同于2.1.1-1的示例代码:

2.1.1-3

 ManualSynchronization monitorcase = new ManualSynchronization();
 lock(monitorcase)
 {
     monitorcase.DoSomeThing();
 } 

像上面的代码这样写看似没什么问题了,因为这个lock所定对象实例或者是对象类型,是根据客户端开发者的判断而定的,这样的锁定方式与客户端耦合度大,看下以下代码:

2.1.1-4

     public class ManualSynchronization
     {
         public void DoSomeThing()
         {
             lock (this)
             {
                 for (int i = 0; i < 100; i++)
                 {
                     Console.WriteLine(i.ToString());
                 }
             }
         }
     }
 ManualSynchronization monitorcase = new ManualSynchronization();
 monitorcase.DoSomeThing();

这样感觉是不是舒服不少,这就是方法同步了,.NET内部也对它提供了支持,定义在System.Runtime.CompilerServices命名空间里的MethodImpl方法属性接受一个MethodImplOptions类型的枚举。其中一个枚举值是MethodImplOptions.Synchronized。当运行这个枚举值的时候,编辑器就指示.NET运行时在方法入口锁定对象,语义和2.1.1-4的代码断相同:

2.1.1-5

     public class ManualSynchronization
     {
         [MethodImpl( MethodImplOptions.Synchronized)]
         public void DoSomeThingSynchroniezd()
         {
             Console.WriteLine("studycase");
         }
     } 

2.1.2 互斥

这一个小节要讲到的是Mutex类,它是从WaitHandle派生的类,它保证了各个线程在某个资源或代码块上相互排斥。

2.1.2-1

     public class MutexDom:IDisposable
     {
         public MutexDom(){}
         private int _Num = 0;
         public int Num
         {
             get
             {
                 return _Num;
             }
             set
             {
                 _Num = value;
             }
         }
         public void Dom()
         {
                  for (int i = 0; i < 100; i++)
                 {
                     Num = Num + i;
                     Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "_" + Num.ToString() +"_"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
                 }
 
             
         }
         public void Dispose()
         {
          
         }
 
         public static void Test()
         {
             MutexDom mutexDom=new MutexDom();
             ThreadStart threadStart=new ThreadStart(mutexDom.Dom);
             Thread thread1 = new Thread(threadStart);
             thread1.Name = "Thread_One";
             Thread thread2 = new Thread(threadStart);
             thread2.Name = "Thread_Two";
             thread1.Start();
             thread2.Start();
         }
     }

MutexDom.Test();启动测试,我所希望的效果是Dom()方法是有序的执行的,而我用了一个int类型的Nun属性来作为计数器,那我们就一起来看一下结果吧(可能每次运行结果不一样)

我所期望的在线程Thread_One中执行0递增至99的值时4950,而在结果中已经超出了这个范围,这说明了什么?说明了两个线程在交替的对Num进行操作。修改一下代码,再来看一下:

2.1.2-2

     public class MutexDom:IDisposable
     {
         private Mutex _Mutex;
         public MutexDom()
         {
             _Mutex = new Mutex();
         }
         private int _Num = 0;
         public int Num
         {
             get
             {
                 return _Num;
             }
             set
             {
                 _Num = value;
             }
         }
         public void Dom()
         {
             _Mutex.WaitOne();//如果当前资源被占用 则等待占用它的线程发送消息
             try
             {
                 for (int i = 0; i < 100; i++)
                 {
                     Num = Num + i;
                     Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "_" + Num.ToString() +"_"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
                 }
             }
             finally
             {
                 _Mutex.ReleaseMutex();
             }
             
         }
         public void Dispose()
         {
             _Mutex.Close();
         }
 
         public static void Test()
         {
             MutexDom mutexDom=new MutexDom();
             ThreadStart threadStart=new ThreadStart(mutexDom.Dom);
             Thread thread1 = new Thread(threadStart);
             thread1.Name = "Thread_One";
             Thread thread2 = new Thread(threadStart);
             thread2.Name = "Thread_Two";
             
             thread1.Start();
             thread2.Start();
             
         }
     }

从结果中得出,是线程Thread_Two先执行的,这个没关系,只要看它的结果值就行了,这就说明了,在线程"Thread_Two"执行对Dom()方法操作的时候"Thread_One"是肯定已经启动了的,而且是在等待"Thread_Two"的释放消息,这样就保持了对象状态的一致性,这个时候"Thread_One"是在一个等待队列中的。如果这个时候"Thread_One"调用ReleaseMutex()方法,是会报错的,因为ReleaseMutex()方法是只能当前所占有的线程来进行释放,互斥就这样完成了。

2.1.3 可等待事件

EventWaitHandle类派生于WaitHandle,被用于跨线程通知事件。 它有两种状态:信号已发状态、信号未发状态。 Set()方法和 Reset()方法分别把句柄状态设置为信号已发或信号未发。 它有两种使用方式,一种是手动重置,还有一种是自动重置。是通过给构造函数提供一个EventResetMode类型的枚举值,

     public enum EventResetMode
     {
        AutoReset,
        ManualReset
     }

.NET提供了EventWaitHandle的两个强类型子类,定义如下:

     public class ManualResetEvent:EventWaitHandle
     {
         public ManualResetEvent(bool initialState):base(initialState,EventResetMode.ManualReset)
         {}
     }
     public sealed class AutoResetEvent : EventWaitHandle
     {
         public AutoResetEvent(bool initialState):base(initialState,EventResetMode.AutoReset)
         {}
     }

先来看一下手动重置:

2.1.3-1

     public class EventDom:IDisposable
     {
         ManualResetEvent _WaitHandle;
         public EventDom()
         {
             _WaitHandle = new ManualResetEvent(true);
 
             Thread thread = new Thread(DoWork);
             thread.Start();
         }
         private void DoWork()
         {
             int num = 0;
             while (true)
             {
                 _WaitHandle.WaitOne();
                 num++;
                 Console.WriteLine("EventDom_" + num.ToString());
             }
         }
         public void StartThread()
         {
             _WaitHandle.Set();
             Console.WriteLine("EventDom->StartThread");
         }
         public void StopThread()
         {
             _WaitHandle.Reset();
             Console.WriteLine("EventDom->StopThread");
         }
         public void Dispose()
         {
             _WaitHandle.Close();
         }
 
         public static void Test()
         {
             EventDom eventDom = new EventDom();
             eventDom.StopThread();
         }
 
      }

调用EventDom.Test();进行测试,结果如下图:

在构造函数中我就已经把手动重置事件声明为了 信号已发状态,所以在运行的时候,while在每次循环的时候等待接收到的信号一直都是已发送状态,所以是一直在输出,直到调用了StopThread()方法中的Reset()方法,把状态设置为未发送状态,才使执行暂停。

再来看一下自动重置,修改一下上段的代码,

     public class EventDom : IDisposable
     {
         AutoResetEvent _WaitHandle;
         public EventDom()
         {
             _WaitHandle = new AutoResetEvent(true);
 
             Thread thread = new Thread(DoWork);
             thread.Start();
         }
         private void DoWork()
         {
             int num = 0;
             while (true)
             {
                 _WaitHandle.WaitOne();
                 num++;
                 Console.WriteLine("EventDom_" + num.ToString());
             }
         }
         public void StartThread()
         {
             _WaitHandle.Set();
             Console.WriteLine("EventDom->StartThread");
         }
         public void StopThread()
         {
             _WaitHandle.Reset();
             Console.WriteLine("EventDom->StopThread");
         }
         public void Dispose()
         {
             _WaitHandle.Close();
         }
 
         public static void Test()
         {
             EventDom eventDom = new EventDom();
             eventDom.StartThread();
         }
     }

首先把手动重置类型换成了自动重置类型,然后再测试代码中把设置状态为未发送的方法,改成了设置状态为已发送的方法。

这个结果是正确,因为自动重置类型就是事件状态被设置为信号已发,它就会保持这个状态,直到某个线程从等待调用中释放出来,然后在这个时候,它的状态会发生改变,自动的反转到未发送状态。

还有一些扩展的知识点就不在这一一阐述了,希望本篇能对大家有所帮助。



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