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.net中線程同步的典型場(chǎng)景和問(wèn)題剖析

更新時(shí)間：2012年11月10日 16:19:57 作者：

在使用多線程進(jìn)行編程時(shí)，有一些經(jīng)典的線程同步問(wèn)題，對(duì)于這些問(wèn)題，.net提供了多種不同的類來(lái)解決

在使用多線程進(jìn)行編程時(shí)，有一些經(jīng)典的線程同步問(wèn)題，對(duì)于這些問(wèn)題，.net提供了多種不同的類來(lái)解決。除了要考慮場(chǎng)景本身，一個(gè)重要的問(wèn)題是，這些線程是否在同一個(gè)應(yīng)用程序域中運(yùn)行。如果線程都在同一應(yīng)用程序域中運(yùn)行，則可以使用一些所謂“輕量”級(jí)的同步類，否則要使用另一些類，而這些類都是對(duì)操作系統(tǒng)所提供的同步原語(yǔ)的包裝，相對(duì)來(lái)說(shuō)更消耗資源。我在這兒介紹一些典型的應(yīng)用場(chǎng)景和相關(guān)的問(wèn)題。

多線程爭(zhēng)用獨(dú)占資源
常常有一些資源線程獨(dú)占的，如果有多個(gè)線程同時(shí)需要訪問(wèn)這要的資源，就形成了一個(gè)爭(zhēng)用問(wèn)題。這類資源有“文件”，“打印機(jī)”，“串口”，以及所有非線程安全的類對(duì)象（絕大部分類庫(kù)中的類都是）。典型的代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

 
var objLock = new Object(); 
var thread1 = new Thread(() => 
{ 
lock (objLock) 
{ 
AccessResource(); 
} 
}); 
var thread2 = new Thread(() => 
{ 
lock (objLock) 
{ 
AccessResource(); 
} 
}); 

上面代碼中，lock關(guān)鍵字實(shí)際上Monitor類的一個(gè)語(yǔ)法糖。任意一個(gè)對(duì)象(非值類型)上都有一個(gè)鎖區(qū)域，Monitor.Enter方法會(huì)嘗試鎖定該區(qū)域，如果鎖定成功，線程就擁有該對(duì)象，反子，線程將被掛起。對(duì)于objLock對(duì)象，有以下點(diǎn)需要注意:
不要鎖定this
不要鎖定Type
不要鎖定字符串
不要鎖定值類型的對(duì)象
對(duì)于相同的類，通常都會(huì)有很多不同的實(shí)例，這樣的話，有可能會(huì)鎖定到多個(gè)不同的對(duì)象上，從而使鎖失效。不要鎖定Type的原因有兩點(diǎn)，一是生成Type類對(duì)象相對(duì)比較慢比較占資源，二是Type類型通常是公共的，這樣有可能會(huì)在程序的多個(gè)不同地方會(huì)鎖定，這實(shí)際上是個(gè)工程問(wèn)題，主要是為了防止引入BUG。不要鎖定string類，是因數(shù)，所有字面值相同的字符串，實(shí)際上是共享同一個(gè)對(duì)象的，所以和Type一樣，也可能會(huì)無(wú)意間被別的代碼鎖定，這樣的Bug將難以排除。不要鎖定值類型，因?yàn)橹殿愋捅旧硎遣豢涉i定的，為了可以鎖定，編譯器值將它裝箱,而每次裝箱實(shí)際上都會(huì)生成一個(gè)不同的對(duì)象實(shí)例，這樣鎖定也就沒(méi)有任何效果了。
上面的代碼有效的原因是所有線程都在同一個(gè)應(yīng)用程序中，也就是不涉及進(jìn)程間的資源爭(zhēng)用。如果是多進(jìn)程間的資源爭(zhēng)用，可以使用Mutex類。Mutex類有兩種不同用法，匿名互斥體和命名互斥體，命名的互斥體是在整個(gè)操作系統(tǒng)范圍內(nèi)共用的，所以可以用于進(jìn)程間同步。

復(fù)制代碼代碼如下:

 
var mutex = new Mutex(false, "name"); 
var thread1 = new Thread(() => 
{ 
try 
{ 
mutex.WaitOne(); 
AccessResource(); 
} 
finally 
{ 
mutex.ReleaseMutex(); 
} 
}); 
var thread2 = new Thread(() => 
{ 
try 
{ 
mutex.WaitOne(); 
AccessResource(); 
} 
finally 
{ 
mutex.ReleaseMutex(); 
} 
}); 

需要注意的是，在線程結(jié)束時(shí),必須釋放互斥體。一對(duì)一的生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型在這種模型中，有一個(gè)生產(chǎn)者線程在產(chǎn)生需要處理的數(shù)據(jù)，同時(shí)有一個(gè)消費(fèi)者線程在處理數(shù)據(jù)，通常來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)存放在一個(gè)緩存中。在種情況下，生產(chǎn)者每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)，就將它放入緩存中，并設(shè)置信號(hào)量(WaitHandle)，以通知消費(fèi)者線程去處理。消費(fèi)者不斷的處理數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)都已經(jīng)處理完畢，則進(jìn)入阻塞狀態(tài)，以等待生產(chǎn)者線程產(chǎn)生數(shù)據(jù)。信號(hào)量有兩種，一種是AutoResetEvent,另一種是ManualResetEvent。前者的特點(diǎn)是每次設(shè)置一個(gè)信號(hào)后，將喚醒一個(gè)阻塞的線程，然后馬上將信號(hào)量未設(shè)置狀態(tài)。而后者的狀態(tài)，則完全由程序控制，可能一次喚醒多個(gè)線程，也可能未喚醒作何一個(gè)線程。這種模型的例子代碼。

復(fù)制代碼代碼如下:

 
using System; 
using System.Collections.Generic; 
using System.Threading; 
namespace ThreadCancle 
{ 
public class ProducerConsumer2 
{ 
public static void Main() 
{ 
var autoResetEvent = new AutoResetEvent(false); 
var queue = new Queue<int>(); 
var producterThread = new Thread(() => 
{ 
var rand = new Random(); 
while (true) 
{ 
var value = rand.Next(100); 
lock (queue) 
{ 
queue.Enqueue(value); 
} 
Thread.Sleep(rand.Next(400, 1200)); 
Console.WriteLine("產(chǎn)生了數(shù)據(jù){0}。", value); 
autoResetEvent.Set(); 
} 
}); 
var consumerThread = new Thread(() => 
{ 
while (true) 
{ 
autoResetEvent.WaitOne(); 
int value = 0; 
bool hasValue = true; 
while (hasValue) 
{ 
lock (queue) 
{ 
hasValue = (queue.Count > 0); 
if (hasValue) 
{ 
value = queue.Dequeue(); 
} 
} 
Thread.Sleep(800); 
Console.WriteLine("處理了數(shù)據(jù){0}。", value); 
} 
} 
}); 
producterThread.Start(); 
consumerThread.Start(); 
Console.ReadLine(); 
} 
} 
} 

在上面的例子中，生產(chǎn)者間隔0.4-1.2秒產(chǎn)生一個(gè)需要處理的數(shù)據(jù)，而消費(fèi)者的處理能力是每0.8秒處理一個(gè)數(shù)據(jù)。生產(chǎn)者不斷的產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并將它放入queue中，然后喚醒消費(fèi)者線程。消費(fèi)者線程將queue中所有的數(shù)據(jù)處理完成后進(jìn)入阻塞狀態(tài)。需要注意的是,消費(fèi)者線程和生產(chǎn)者線程會(huì)同時(shí)對(duì)queue對(duì)象進(jìn)行訪問(wèn)，所有每次訪問(wèn)它們的時(shí)候必須鎖定。執(zhí)行鎖定的時(shí)候必須遵循最少占用時(shí)間原則，一旦使用完畢應(yīng)當(dāng)立即釋放鎖定。

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