c#多线程的学习(2)(转)
上一篇 / 下一篇 2007-07-27 16:09:55 / 个人分类:软件开发
假设这样一种情况,两个线程同时维护一个队列,如果一个线程对队列中添加元素,而另外一个线程从队列中取用元素,那么我们称添加元素的线程为生产者,称取用元素的线程为消费者。生产者与消费者问题看起来很简单,但是却是多线程应用中一个必须解决的问题,它涉及到线程之间的同步和通讯问题。
caA2[;N6qW3G0
arOr7l0前面说过,每个线程都有自己的资源,但是代码区是共享的,即每个线程都可以执行相同的函数。但是多线程环境下,可能带来的问题就是几个线程同时执行一个函数,导致数据的混乱,产生不可预料的结果,因此我们必须避免这种情况的发生。C#提供了一个关键字lock,它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,而其他线程必须等待。在C#中,关键字lock定义如下:
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arOr7l0前面说过,每个线程都有自己的资源,但是代码区是共享的,即每个线程都可以执行相同的函数。但是多线程环境下,可能带来的问题就是几个线程同时执行一个函数,导致数据的混乱,产生不可预料的结果,因此我们必须避免这种情况的发生。C#提供了一个关键字lock,它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,而其他线程必须等待。在C#中,关键字lock定义如下:
lock(expression) statement_block |
expression代表你希望跟踪的对象,通常是对象引用。一般地,如果你想保护一个类的实例,你可以使用this;如果你希望保护一个静态变量(如互斥代码段在一个静态方法内部),一般使用类名就可以了。而statement_block就是互斥段的代码,这段代码在一个时刻内只可能被一个线程执行。
twIa1F U9`w p)w0 下面是一个使用lock关键字的典型例子,我将在注释里向大家说明lock关键字的用法和用途:
twIa1F U9`w p)w0 下面是一个使用lock关键字的典型例子,我将在注释里向大家说明lock关键字的用法和用途:
//lock.cs51Testing软件测试网z
LI;KqJ-B+\w using System;51Testing软件测试网yB%k4d{7? using System.Threading; $L m*Sp.s051Testing软件测试网8_r3BH3P9} internal class Account Pn(Mj:})u0{51Testing软件测试网tbwn2~ c#Lk6i!W3o int balance;51Testing软件测试网:[y } ]#|,[(P Random r = new Random(); H+P7]5j9G0 internal Account(int initial)51Testing软件测试网/B7nyQi {51Testing软件测试网%{1s5\7@o LC3G:l balance = initial;51Testing软件测试网2aIpLvtWl? S } C^6ICxJ3K?051Testing软件测试网#~9O q#c.Q9vyel internal int Withdraw(int amount)51Testing软件测试网E6_3}u)@-XG { $j"{-j?O0 if (balance < 0)51Testing软件测试网5L#I9c2M2R3s]9q {51Testing软件测试网[}I @1s8L8GbnK8o file://如果balance小于0则抛出异常 L1tu Ax%he%A\6?0 throw new Exception("Negative Balance");51Testing软件测试网4L8K!X%Q8fu } 6H'lC&K Tj.yq U0 //下面的代码保证在当前线程修改balance的值完成之前51Testing软件测试网Q8ak)^9Ak*ZH //不会有其他线程也执行这段代码来修改balance的值51Testing软件测试网3@.K;q"g4P,H?b$J //因此,balance的值是不可能小于0的51Testing软件测试网;}hB&X:]$?_ lock (this) R:D9`;Y#|@0 {51Testing软件测试网3}e0t"tE7V rmgk | Console.WriteLine("Current Thread:"+Thread.CurrentThread.Name); ,Xxh0]!E3Yp3l@T0 file://如果没有lock关键字的保护,那么可能在执行完if的条件判断之后 8j'eNMx_$X#si_&|%Tq0 file://另外一个线程却执行了balance=balance-amount修改了balance的值51Testing软件测试网wD Leg/Nm file://而这个修改对这个线程是不可见的,所以可能导致这时if的条件已经不成立了 f$Vtoao!z_{0 file://但是,这个线程却继续执行balance=balance-amount,所以导致balance可能小于0 "{!N"v V eR ke0 if (balance >= amount) R;d@ `_(YLL0 { :J%]0x*tPw0 Thread.Sleep(5);51Testing软件测试网-l(RV%IiC Y^ c balance = balance - amount;51Testing软件测试网+sh2]2k%@*xG return amount; H U{'P*GS#A7RO0 }51Testing软件测试网bo+NAgQ,z else51Testing软件测试网U? V4k:Wq \ { mo4v&DT},Xf~0 return 0; // transaction rejected (l"Xtp5E~,OY;tz0 }51Testing软件测试网6r\o m,xc }51Testing软件测试网{$Bb mvau*^ }51Testing软件测试网`-[3I-WQ-m internal void DoTransactions()51Testing软件测试网`r4aX4l4N!k { _.]f*hW,qBF0 for (int i = 0; i < 100; i++)51Testing软件测试网&Lq!Mw(bT/dZs~ Withdraw(r.Next(-50, 100));51Testing软件测试网J4c%i,dM }51Testing软件测试网sqK}{`8LVp } c\m$w,U YXe p({0 Mj hO n`[0internal class Test51Testing软件测试网0Pi.T;sI&c a {51Testing软件测试网JoR-r5\S%T r static internal Thread[] threads = new Thread[10];51Testing软件测试网Kh'dW9] public static void Main() _d-vU5EM+|n\0 { Vod*M)B m!z X*U0 Account acc = new Account (0);51Testing软件测试网@.wS3M,jr!Bt$c])W for (int i = 0; i < 10; i++)51Testing软件测试网i'e2b7o&Pg;}5~ {51Testing软件测试网;N,fLK1A Ne Thread t = new Thread(new ThreadStart(acc.DoTransactions)); ^*D&P1Wjka0 threads[i] = t; #s E"np IL?2l0 } o(qb Y|^0 for (inti = 0; i < 10; i++)51Testing软件测试网Y*Ayw'A7V5V'ew_#c-] threads[i].Name=i.ToString(); W T*N_L%S:pb0 for (int i = 0; i < 10; i++)51Testing软件测试网*f}H])Y5a$Q7b6O*npp threads[i].Start();51Testing软件测试网*\FK^vH,j Console.ReadLine();51Testing软件测试网_MF,v-m:? rs } /|n3[ {%HD0} |
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而多线程公用一个对象时,也会出现和公用代码类似的问题,这种问题就不应该使用lock关键字了,这里需要用到System.Threading中的一个类Monitor,我们可以称之为监视器,Monitor提供了使线程共享资源的方案。
4b*?@ W&_edpC t051Testing软件测试网 iM%T.hMt/C"N(k
Monitor类可以锁定一个对象,一个线程只有得到这把锁才可以对该对象进行操作。对象锁机制保证了在可能引起混乱的情况下一个时刻只有一个线程可以访问这个对象。Monitor必须和一个具体的对象相关联,但是由于它是一个静态的类,所以不能使用它来定义对象,而且它的所有方法都是静态的,不能使用对象来引用。下面代码说明了使用Monitor锁定一个对象的情形:
......51Testing软件测试网$gahTF`
C'Y Queue ōQueue=new Queue(); Kz1f-c#U9vR,u Gt&j0...... T.s@F/PJ0Monitor.Enter(oQueue); l!Q,k eU?z0......//现在oQueue对象只能被当前线程操纵了 !F K-l f,M0Monitor.Exit(oQueue);//释放锁 |
51Testing软件测试网$yJ0BOr-e0S
如上所示,当一个线程调用Monitor.Enter()方法锁定一个对象时,这个对象就归它所有了,其它线程想要访问这个对象,只有等待它使用Monitor.Exit()方法释放锁。为了保证线程最终都能释放锁,你可以把Monitor.Exit()方法写在try-catch-finally结构中的finally代码块里。对于任何一个被Monitor锁定的对象,内存中都保存着与它相关的一些信息,其一是现在持有锁的线程的引用,其二是一个预备队列,队列中保存了已经准备好获取锁的线程,其三是一个等待队列,队列中保存着当前正在等待这个对象状态改变的队列的引用。当拥有对象锁的线程准备释放锁时,它使用Monitor.Pulse()方法通知等待队列中的第一个线程,于是该线程被转移到预备队列中,当对象锁被释放时,在预备队列中的线程可以立即获得对象锁。
Lc;XZ q/P!S`8v051Testing软件测试网A I*Q,U5_&Mry
下面是一个展示如何使用lock关键字和Monitor类来实现线程的同步和通讯的例子,也是一个典型的生产者与消费者问题。这个例程中,生产者线程和消费者线程是交替进行的,生产者写入一个数,消费者立即读取并且显示,我将在注释中介绍该程序的精要所在。用到的系统命名空间如下:
如上所示,当一个线程调用Monitor.Enter()方法锁定一个对象时,这个对象就归它所有了,其它线程想要访问这个对象,只有等待它使用Monitor.Exit()方法释放锁。为了保证线程最终都能释放锁,你可以把Monitor.Exit()方法写在try-catch-finally结构中的finally代码块里。对于任何一个被Monitor锁定的对象,内存中都保存着与它相关的一些信息,其一是现在持有锁的线程的引用,其二是一个预备队列,队列中保存了已经准备好获取锁的线程,其三是一个等待队列,队列中保存着当前正在等待这个对象状态改变的队列的引用。当拥有对象锁的线程准备释放锁时,它使用Monitor.Pulse()方法通知等待队列中的第一个线程,于是该线程被转移到预备队列中,当对象锁被释放时,在预备队列中的线程可以立即获得对象锁。
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下面是一个展示如何使用lock关键字和Monitor类来实现线程的同步和通讯的例子,也是一个典型的生产者与消费者问题。这个例程中,生产者线程和消费者线程是交替进行的,生产者写入一个数,消费者立即读取并且显示,我将在注释中介绍该程序的精要所在。用到的系统命名空间如下:
using System; 7{.x2ap9_J:T:YZz/O)P0using System.Threading; |
首先,我们定义一个被操作的对象的类Cell,在这个类里,有两个方法:ReadFromCell()和WriteToCell。消费者线程将调用ReadFromCell()读取cellContents的内容并且显示出来,生产者进程将调用WriteToCell()方法向cellContents写入数据。
public class Cell 0f%AA8i^lV0{ A}0_zc.Q0Z#L0 int cellContents; // Cell对象里边的内容51Testing软件测试网?4D2V;yn@ bool readerFlag = false; //状态标志,为true时可以读取,为false则正在写入 S"eOQN)];u ol0 public int ReadFromCell( ) C:S.Fh]kC0 { q6vM4r s9IJ0 lock(this) // Lock关键字保证了什么,请大家看前面对lock的介绍 l`p fT#d4c7`0 {51Testing软件测试网!D0I$S ao9CEa;[ if (!readerFlag)//如果现在不可读取 (f5Q%U&b8E g0 { Sm?`.S@${0 try Jk)UT#O/cew4B0 {51Testing软件测试网\ {2NF7N:q file://等待WriteToCell方法中调用Monitor.Pulse()方法51Testing软件测试网} C8Q O1het Monitor.Wait(this); [r"icG/l)h]0 } hm8Tq0?z6]0 catch (SynchronizationLockException e) _O~A'lD%o|9L0 {51Testing软件测试网!roj.`-tP Console.WriteLine(e);51Testing软件测试网7I Bj?%m:a5~s(G*J } 7A-u-bu9^#t#J&?0 catch (ThreadInterruptedException e)51Testing软件测试网SF GV cQ*Le O {51Testing软件测试网 pJA r"Y!Qq:tXZ Console.WriteLine(e); :f5U#rP]3W5Ps0 } &I%lSIk:r'lDz0 }51Testing软件测试网S1AX'jv"lR Console.WriteLine("Consume: {0}",cellContents);51Testing软件测试网.Z,nCt-Jf#z8g readerFlag = false; file://重置readerFlag标志,表示消费行为已经完成 )VQ#DK2H]Af'Z0 Monitor.Pulse(this); file://通知WriteToCell()方法(该方法在另外一个线程中执行,等待中) 3` ^1Pp!Zdf-\0 }51Testing软件测试网 rYbF7~ return cellContents; |