多線程編程學習筆記——線程同步（一）

接上文 多線程編程學習筆記-基礎（一）

接上文 多線程編程學習筆記-基礎（二）

接上文 多線程編程學習筆記-基礎（三）

 

      就如上一篇文章（多線程編程學習筆記-基礎（三））中的示例代碼十，一樣如果多線程使用共享變量，就會涉及到一個線程同步的問題。那如何解決呢？

    方法有三：

1）        重構程序，移除多線程的共享變量，讓一個線程只訪問一個自有變量

2）        使用原子操作，一個操作只占用一個量子時間，一次完成，只有當當前操作完成之后，其他線程才能進行操作。這樣可以避免使用獨占鎖，避免死鎖。

3）        通過NET構架提供的Mutex、AutoRestEvent、CountDownEven、SpinWait等類，來進行線程間的同步。

 

一、使用InterLocked類

        在上一篇文章中，我們使用lock來解決多線程訪問帶來的問，而在這里我們使用InterLocked類提供的原子操作，從而幫助我們不需要使用lock鎖來鎖定，以免造成死鎖。

       接下來我們改造一下上一篇文章中的代碼，代碼如下。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading; //引入線程
using System.Diagnostics;
 

namespace ThreadSynchronousDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("開始，InterLocked 同步");
            var c = new Counter();
            Thread t = new Thread(() => Count(c));
            var t3 = new Thread(() => Count(c));

            var t2 = new Thread(() => Count(c));
            t.Name = "線程1"; 

            //啟動線程
            t.Start();
            t2.Name = "線程2";
            t2.Start();
 

            t3.Name = "線程3";
            t3.Start();
            t.Join();
            t2.Join();
            t3.Join();
            Console.WriteLine(string.Format("沒有加鎖的多線程總計：{0}", c.Count));
            Console.WriteLine("----------------------------");
            var c1 = new CounterInterLocked();
            var t4 = new Thread(() => Count(c1));
            t4.Name = "線程4";
 

            var t5 = new Thread(() => Count(c1));
            t5.Name = "線程5";
            var t6 = new Thread(() => Count(c1));

            t6.Name = "線程6";
            t4.Start();
            t5.Start();
            t6.Start();
            t4.Join();
            t5.Join();
            t6.Join();
            Console.WriteLine(string.Format("InterLocked的多線程總計：{0}", c1.Count));
            Console.Read();
        }

        static void Count(CountBase cnt)
        {
            for (int i = 0; i < 100000; i++)
            {
                cnt.Incerement();
                cnt.Dncerement();
            }
        }
    }

    abstract class CountBase
    {
        public abstract void Incerement();
        public abstract void Dncerement();
    }
    class Counter : CountBase
    {
        public int Count { get; private set; }
        public override void Dncerement()
        {
            Count--;
        }
        public override void Incerement()
        {
            Count++;
        }
    }

    class CounterInterLocked : CountBase
    {
        private int m_count;
        public int Count { get { return m_count; } }
        public override void Dncerement()
        {

            Interlocked.Decrement(ref m_count);
        }
        public override void Incerement()
        {

            Interlocked.Increment(ref m_count);
        }
    }
}

此程序運行結果如下圖，跟上一篇中的示例十，結果是一樣的。只是代碼上的區別。

 

 

二、使用Mutex類

1. 接下來我們來學習使用Mutex類來實現線程間的同步問題。

2. 在程序啟動時，設置InitialOwner為false，這表示如果互斥量已經建立，則允許程序獲取互斥量。如果沒有互斥量，則程序直接運行，等待接收任意鍵，然后釋放互斥量。

3.代碼如下： 

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading; //引入線程
using System.Diagnostics;

namespace ThreadSynchronousDemo
{
    class Program
    {
        const string mutexName = "syncMutex";
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("開始，Mutex 同步");
            using (var mut=new Mutex(false,mutexName))
            {
                if (!mut.WaitOne(TimeSpan.FromSeconds(5),false))
                {
                    Console.WriteLine("等待5秒之后運行。。。。");
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine("正在運行。。。。，請輸入任意鍵");
                    Console.ReadLine();
                    mut.ReleaseMutex();
                    Console.WriteLine("釋放互斥量");

                }
            }         

            Console.Read();

        }
    }
}

 

4.運行結果如下圖。

 

        在debug目錄下，先運行主程序，如上圖中1，則程序1正常運行，此時如果再次打開Debug目錄下的應用主程序，則運行結果如上圖中2。說明互斥量起作用了。

5.先在上圖主程序1中輸入k，然后回車，結果如下圖中3。我們從Debug目錄下，再次打開應用程序，則應用程序的運行結果如下圖中4。說明主程序1，已經把互斥量釋放。

 

       注意：具名互斥量是全局的操作系統對象。請務必正確關閉互斥量。最好使用using來包裹互斥量代碼。這種方式可以在不同程序中同步線程。

 

三、使用SemaphoreSlim類

       SemaphoreSlim是Semaphore類的一個輕量級版本。此類限制了同時訪問同一資源的線程數量。

        在.net中，類Semaphore封裝了CLR中的內核同步對象。與標准的排他鎖對象（Monitor，Mutex，SpinLock）不同的是，它不是一個排他的鎖對象，它與SemaphoreSlim，ReaderWriteLock等一樣允許多個有限的線程同時訪問共享內存資源。

        Semaphore就好像一個柵欄，有一定的容量，當里面的線程數量到達設置的最大值時候，就沒有線程可以進去。然后，如果一個線程工作完成以后出來了，那下一個線程就可以進去了。Semaphore的WaitOne或Release等操作分別將自動地遞減或者遞增信號量的當前計數值。當線程試圖對計數值已經為0的信號量執行WaitOne操作時，線程將阻塞直到計數值大於0。在構造Semaphore時，最少需要2個參數。信號量的初始容量和最大的容量。

 1.程序代碼

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading; //引入線程
using System.Diagnostics; 

namespace ThreadSynchronousDemo
{
    class Program
    {
        static SemaphoreSlim semapSlim = new SemaphoreSlim(5);
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("開始，SemaphoreSlim 同步");
            for (int i = 1; i < 9; i++)
            {
                string threadName = "線程 " + i;
                int seconds = new Random().Next(1, 10);
                var t = new Thread((() => AccessDatabase(threadName, seconds)));
                t.Start();
            }
            Console.Read();
        }

        static void AccessDatabase(string name,int seconds)
        {
            Console.WriteLine("{0} 等待訪問數據庫", name);
            semapSlim.Wait();
            Console.WriteLine("{0} 被授予對數據庫的訪問權限", name);
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
            Console.WriteLine("{0} 完成了", name);
            semapSlim.Release();          

        }
    }
}

2.程序運行結果如下圖。

 

       當程序啟動時，創建了一個SemaphoreSlim對象，並在構造函數中指定了並發的線程數量，然后啟動了10個不同名稱，不同初始運行時間的線程。

        每個線程都嘗試獲取數據庫訪問權限，但是我們使用SemaphoreSlim對象做了限制，只有5個線程能同時訪問數據庫，當前5個線程獲取了數據庫訪問權限之后，剩下的5個線程只能等待，直到有線程完成工作，並調用Semaphore的Release方法。