C# 多線程學習（五）線程同步和沖突解決

from:https://blog.csdn.net/codedoctor/article/details/74358257

首先先說一個線程不同步的例子吧，以下為售票員的模擬售票，多個售票員出售100張門票，代碼如下：

using System; using System.Text; using System.Collections.Generic; using System.Threading; namespace threadTest { class Program { class ThreadLock { private Thread thread_1; private Thread thread_2; private List<int> tickets; private object objLock = new object();//對象鎖的對象 public ThreadLock() { thread_1 = new Thread(Run); thread_1.Name = "Sailer_1"; thread_2 = new Thread(Run); thread_2.Name = "Sailer_2"; } public void Start() { tickets = new List<int>(100); for(int i = 1; i <= 100; i++) { tickets.Add(i); } thread_1.Start(); thread_2.Start(); } public void Run() { while (tickets.Count > 0) { int get = tickets[0]; Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ", Thread.CurrentThread.Name, get.ToString()); tickets.RemoveAt(0); Thread.Sleep(1); } } } static void Main() { ThreadLock TK = new ThreadLock(); TK.Start(); Console.ReadKey(); } } }

以上為一個模擬售票系統，兩個線程對一個票箱進行操作，每次都取出最上層的票，然后輸出，運行之后查看結果會發現在在同一張票上，兩個線程都可能同時賣出，如下： 

出現以上的情況的原因就是在多線程的的情況之下，線程的執行順序是不可控的，就可能會出現以上的情況，具體原因可能如下：

請看代碼：

                        int get = tickets[0]; Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ", Thread.CurrentThread.Name, get.ToString()); tickets.RemoveAt(0);

比如，線程A在剛從tickets中確定要取最底下的一張票之后還未將這張票輸出並刪除，這時候線程A被分配的CPU時間就用光了。

然后輪到另一個線程B執行，線程B的時間充足，也同樣確認了線程A剛才確定的那張票，然后取出了那張票，取出然后輸出並刪除掉那張票，然后將CPU控制權交到了線程A上。

又輪到了線程A執行，線程A由於剛才已經確定了選定的票號，所以直接輸出了那個票號，然后將最底下的票刪除。所以可以看到取票有一段是跳躍着取得，如：1，3，5，7，…

線程同步

出現這種情況的原因就是多個線程都是對同一個資源進行操作所致，所以在多線程編程應盡可能避免這種情況，當然有些情況下確實避免不了這種情況，這就需要對其采用一些手段來確保不會出現這種情況，這就是所謂的線程的同步。 
在C#中實現線程的同步有幾種方法：lock、Mutex、Monitor、Semaphore、Interlocked和ReaderWriterLock等。同步策略也可以分為同步上下文、同步代碼區、手動同步幾種方式。

Lock同步

針對上面的代碼，要保證不會出現混亂的情況，可以用lock關鍵字來實現，出現問題的部分就是在於判斷剩余票數是否大於0，如果大於0則從當前總票數中減去最大的一張票，因此可以對這部分進行lock處理，代碼如下：

            public void Run() { while (tickets.Count > 0) { lock (objLock) { if (tickets.Count > 0) { int get = tickets[0]; Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ", Thread.CurrentThread.Name, get.ToString()); tickets.RemoveAt(0); Thread.Sleep(1); } } } }

這樣處理之后，這個售票系統就變得正常了，效果如下： 
 
總的來說，lock語句是一種有效的、不跨越多個方法的小代碼塊同步的做法，也就是使用lock語句只能在某個方法的部分代碼之間，不能跨越方法。

Monitor類

針對以上的處理方法，我們用Monitor類來處理的話是如下代碼：

public void Run()
            {
                while (tickets.Count > 0) { Monitor.Enter(objLock); if (tickets.Count > 0) { int get = tickets[0]; Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ", Thread.CurrentThread.Name, get.ToString()); tickets.RemoveAt(0); Thread.Sleep(1); } } Monitor.Exit(objLock); }

運行可以知道，這段代碼和lock方法的結果是一樣的，當然其實lock就是用Monitor類實現的，除了鎖定代碼區，我們還可用Monitor類的Wait（）和 pulse（）方法。

Wait()方法是臨時釋放當前活得的鎖，並使當前對象處於阻塞狀態 
Pulse()方法是通知處於等待狀態的對象可以准備就緒了，它一會就會釋放鎖。

下面我們來實現一個生產者和消費者模式，生產者線程負責生產數據，消費者線程將生產者生產出來的數據輸出，代碼如下：

using System; using System.Text; using System.Collections.Generic; using System.Threading; namespace threadTest { class Program { public class Cell { int cellContents; // Cell對象里邊的內容 bool readerFlag = false; // 狀態標志，為true時可以讀取，為false則正在寫入 public int ReadFromCell() { lock (this) // Lock關鍵字保證了當前代碼塊在同一時間只允許一個線程進入執行 { if (!readerFlag)//如果現在不可讀取 { try { //等待WriteToCell方法中調用Monitor.Pulse()方法將這個線程喚醒 Monitor.Wait(this); } catch (SynchronizationLockException e) { Console.WriteLine(e); } } Console.WriteLine("Use: {0}", cellContents); readerFlag = false; //重置readerFlag標志，表示消費行為已經完成 Monitor.Pulse(this); //通知WriteToCell()方法（該方法在另外一個線程中執行，等待中） } return cellContents; } public void WriteToCell(int n) { lock (this) { if (readerFlag) { try { Monitor.Wait(this); } catch (SynchronizationLockException e) { //當同步方法（指Monitor類除Enter之外的方法）在非同步的代碼區被調用 Console.WriteLine(e); } } cellContents = n; Console.WriteLine("Produce: {0}", cellContents); readerFlag = true; Monitor.Pulse(this); //通知另外一個線程中正在等待的ReadFromCell()方法 } } } public class CellProd { Cell cell; // 被操作的Cell對象 int quantity = 1; // 生產者生產次數，初始化為1 public CellProd(Cell box, int request) { cell = box; quantity = request; } public void ThreadRun() { for (int looper = 1; looper <= quantity; looper++) cell.WriteToCell(looper); //生產者向操作對象寫入信息 } } public class CellCons { Cell cell; int quantity = 1; public CellCons(Cell box, int request) { //構造函數 cell = box; quantity = request; } public void ThreadRun() { int valReturned; for (int looper = 1; looper <= quantity; looper++) valReturned = cell.ReadFromCell();//消費者從操作對象中讀取信息 } } public static void Main(String[] args) { int result = 0; //一個標志位，如果是0表示程序沒有出錯，如果是1表明有錯誤發生 Cell cell = new Cell(); //下面使用cell初始化CellProd和CellCons兩個類，生產和消費次數均為20次 CellProd prod = new CellProd(cell, 20); CellCons cons = new CellCons(cell, 20); Thread producer = new Thread(new ThreadStart(prod.ThreadRun)); Thread consumer = new Thread(new ThreadStart(cons.ThreadRun)); //生產者線程和消費者線程都已經被創建，但是沒有開始執行 try { producer.Start(); consumer.Start(); producer.Join(); consumer.Join(); Console.ReadLine(); } catch (ThreadStateException e) { //當線程因為所處狀態的原因而不能執行被請求的操作 Console.WriteLine(e); result = 1; } } } }

這個例程中，生產者線程和消費者線程是交替進行的，生產者寫入一個數，消費者立即讀取並輸出。 
同步是通過等待Monitor.Pulse()來完成的。 
首先生產者生產了一個數據，而同一時刻消費者處於等待狀態，直到收到生產者的“脈沖(Pulse)”通知它生產已經完成，此后消費者進入消費狀態。循環往復，效果如下： 
 
差不多如此吧，上面的方法已經可以幫助我們解決多線程中可能出現的大部分問題，剩下的就不再介紹了，同步的處理也到此結束了。