【總結】C# 線程同步技術（一）之 Join 方法

最近工作閑暇之際，翻閱了以前保存的電子書《C#多線程編程手冊》，發現此書同步技術這塊寫的甚好，於是參考此書並結合實例，對同步技術做一下總結和分析，也算是讀書筆記與心得體會吧，並與大家分享。

書中提到的同步技術有很多種，歸納起來常用的方式有以下幾種：

1、利用屬性標簽方式進行方法同步和上下文同步：MethodImplAttribute 類 和 SynchronizationAttribute 類
2、同步代碼區：Monitor 類、Lock 關鍵字、ReaderWriterLock 類。
3、手控同步：AutoResetEvent 類、ManualResetEvent 類、Mutex 類、Interlocked 類

后面的文章我們會依次對以上類或關鍵字進行介紹，首先我們先來說說Thread類中的Join方法，書中對它的介紹比較簡略，但是我覺得它也算是線程間同步方式的一種了，對它的用法也來總結和歸納一下。 

MSDN對 Join 方法解釋說：在繼續執行標准的 COM 和 SendMessage 消息泵處理期間，阻塞調用線程，直到某個線程終止或經過了指定時間為止。

哈哈，MSDN的解釋永遠都是那么的繞嘴，我們還是通過一個簡單的控制台程序作為例子來說明一下吧：

首先我們建立一個計算類Calculate，里面包含一個加法線程 ThreadAdd 和一個加法方法，在Add()方法中並讓執行運算的線程休眠5秒，代碼如下： 

//計算類
public class Calculate
    {
        public Thread threadAdd;
        
        public Calculate()
        {
            threadAdd = new Thread(new ThreadStart(Add));            
        }

        //加法運算
        public void Add()
        {
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Blue;
            Console.WriteLine("進入加法計算"); 
            Thread.Sleep(5000);           
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Blue;
            Console.WriteLine("加法運算結果: x={0} y={1} x+y={2}", 1, 2, 1 + 2);
        }       
    }

 然后我們在Main方法中進行調用：

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Calculate calculate = new Calculate();
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White;
            Console.WriteLine("主線程輸出:准備進行加法運算:");
            calculate.threadAdd.Start();
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White;
            Console.WriteLine("主線程輸出:運算完畢");
            Console.ReadKey();
        }
    }

 運算結果如圖：

 到這里，我們會發現執行Main() 方法的主線程，並沒有等待 執行加法的工作線程，而是直接輸出了“運算完畢”，這時候我們的Join() 方法就該上場了，我們對Main() 函數進行修改一下：

 static void Main(string[] args)
        {
            Calculate calculate = new Calculate();
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White;
            Console.WriteLine("主線程輸出:准備進行加法運算:");
            calculate.threadAdd.Start();
            //增加Join
            calculate.threadAdd.Join();
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White;
            Console.WriteLine("主線程輸出:運算完畢");
            Console.ReadKey();
        }

 運行結果如下圖：

這樣的結果是我們想要的正常輸出順序。運行的時候我們發現，當主線程執行到 calculate.threadAdd.Join(); 的時候，並沒有繼續執行，一直等到 加法線程 運算完畢之后主線程才繼續運行，這不就是和MSDN中解釋的一樣嗎？主線程現在就屬於調用線程,當主線程調用了calculate.threadAdd.Join()的時候，就發生了阻塞，直到加法線程運行完畢之后，才繼續運行。

現在我們在來看看Join的另外兩個重載方法：Join(Int32) 和 Join(TimeSpan)，這兩個方法其實是一樣的，輸入參數說白了就是設置阻塞的等待時間，返回值是bool類型，如果線程已終止，則為 true，否則返回 false 。不明白沒關系，我們繼續來看例子：

我們修改一計算類，再增加一個 減法方法Sub() 和一個執行減法的線程ThreadSub，代碼如下：

//計算類
    public class Calculate
    {
        public Thread threadAdd;
        public Thread threadSub;
        public Calculate()
        {
            threadAdd = new Thread(new ThreadStart(Add));
            threadSub = new Thread(new ThreadStart(Sub));
        }

        //加法運算
        public void Add()
        {
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Blue;
            Console.WriteLine("進入加法計算");
            Thread.Sleep(5000);
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Blue;
            Console.WriteLine("加法運算結果: x={0} y={1} x+y={2}", 1, 2, 1 + 2);
        }

        //新增減法運算 
        public void Sub()
        {
            //主要是這里
            bool b = threadAdd.Join(1000);
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
            if (b)
            {
                Console.WriteLine("加法運算已經完成,進入減法法計算");
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("加法運算超時,先進入減法法計算");
            }

            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("進入減法運算");
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
            Console.WriteLine("減法運算結果: x={0} y={1} x-y={2}", 10, 2, 10 - 2);
        }
    }

 Main() 方法修改為：

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Calculate calculate = new Calculate();
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White;
            Console.WriteLine("主線程輸出:准備進行加法和減法兩種運算:");

            calculate.threadAdd.Start();
            calculate.threadSub.Start();
            calculate.threadAdd.Join();
            calculate.threadSub.Join();

            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White;
            Console.WriteLine("主線程輸出:所有運算完畢");
            Console.ReadKey();
        }
    }

 運行結果如下：

結果是正確的，我們來分析一下整個的運算過程：

首先，主線程遇到 calculate.threadAdd.Join();  和 calculate.threadSub.Join(); 肯定會發生阻塞，等待這兩個線程完成后，才會繼續執行，這個不容質疑。然后我們看加法線程和減法線程，這兩個線程幾乎同時執行，誰先執行，我們是不可預期的。比如先執行加法線程，當執行到Thread.Sleep(5000)，的時候，加法線程休眠5s，減法線程由於調用了 threadAdd.Join(1000); 所以減法線程會阻塞1s ，1s 之后由於加法線程還沒有執行完成，所以 返回值為 false，減法線程繼續執行，減法線程執行完畢后，又過了一會，加法線程才繼續執行。這樣就會得出我們上面的運行結果。

Thread.Join() 方法的用法這么多了，下一篇 來總結和說明一下  MethodImplAttribute 類 和 SynchronizationAttribute 類。

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