.NET简谈组件程序设计之(手动同步)

王清培

发布于 2022-03-14 14:23:27

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发布于 2022-03-14 14:23:27

在上一篇文章“.NET简谈组件程序设计之(上下文与同步域) ”中，我们学习了关于一些上下文和同步域的概念，可以利用这两个技术来进行自动同步。

我们知道线程是进程的运行实体，进程是资源分配单位，而线程是执行单位。照书上所说，线程是程序的执行路径，当我们分配一个线程的时候，要确定线程的执行路径是什么，也就是代码中的ThreadStart委托所指向的入口点方法。

那么线程到底是怎么实现同步(互斥)的呢，在我们正常的代码中是没有关于线程同步的现实代码的，所以在线程执行路径中是不存在任何能够阻塞线程的实现代码。要想实现线程阻塞，就必须在线程的执行路径中写点东西，让所有线程当进入这段代码的时候(也就是临界资源)，通过判断某种东西来确定是否允许进入执行。

图1：

在ThreadStartEnterPoint方法中，如果没有任何的同步代码，那么任何线程都能进去执行，就导致了乱七八糟的数据。当数据在内存中的时候，在同一时间只能是由CPU去执行线程的代码，但是线程是有竞争情况的，当线程1还没有完全执行完毕，线程2就来执行这块数据，导致数据的不同步。

那么我们需要再线程1还没有执行完毕前不允许其他线程使用这块内存对象。当线程1使用完后就立即释放所占有的资源，让其他线程能竞争。

利用Monitor(监视器)来进行同步

Monitor是用来提供同步的对象，通过它可以在某个时间点上锁定对象。请看代码：

 [MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
        public void ShowMessage()
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                if (i == 5)
                    Monitor.Wait(this);//等第二个线程使用完后，我在继续执行。将当前线程放置在等待队列里
                Thread currentthread = Thread.CurrentThread;
                Console.WriteLine(currentthread.Name + "|" + currentthread.ManagedThreadId + "|" + i.ToString());
            }
        }
        [MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
        public void PluseThread()
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Thread currentthread = Thread.CurrentThread;
                Console.WriteLine(currentthread.Name + "|" + currentthread.ManagedThreadId + "|" + i.ToString());
            }
            Monitor.Pulse(this);//将等待队列里的线程放到锁定队列，也就是Monitor.Enter();
        }

这是一个类中的两个方法，在方法的头部我用了MethodImpl方法特性进行了标识，其实这个特性的目的就是在方法的入口处和结束处加上同步方法，也就是Monitor.Enter和Monitor.Exit，一般情况下我们都是习惯用lock来锁定对象，其实lock也是Monitor的变体。这里我就不写出来了。让我们熟悉一下陌生的使用方式。

Myclass1 myclass = new Myclass1();

            ThreadStart startdeleted = new ThreadStart(myclass.ShowMessage);
            Thread thread = new Thread(startdeleted);
            thread.Name = "线程1";
            ThreadStart stra = new ThreadStart(myclass.PluseThread);
            Thread thread2 = new Thread(stra);
            thread2.Name = "线程2";

            thread.Start();
            thread2.Start();

            thread2.Join();
            Console.WriteLine("线程2已经释放");
            thread.Join();
            Console.WriteLine("线程1已经释放");


            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.ReadLine();

在ShowMessage里面我用Monitor.Wait方法等待，当调用这个方法的时候会使用我锁定的对象，让其他线程进入执行。当Monitor.Pluse的时候，线程1继续执行。

静态Monitor对象是每个线程都会执行的路径，我们通过控制Monitor来进行线程同步，当我们调用Wait就是等待，直到当前对象Pluse才继续执行。

图2：

利用WaitHandle(等待句柄)来进行同步

上面我们通过Monitor来进行同步，在同步的时候我们需要很好的控制等待时间，用Monitor也能通过Wait进行等待超时设置，也许它内部封装是Windows等待句柄。

这里我们通过使用WaitHandle来进行同步，WaitHandle是个抽象类，它的子类有很多，比如Mutex互斥体、ManualResetEvent、AutoResetEvent事件对象，等等。下面我们就来看看利用这些对象怎么同步线程。

Mutext互斥体

 public void Print()
        {
            Mutex mutex = new Mutex(false, "myclass");//Mutex互斥体
            mutex.WaitOne();
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                Console.WriteLine(i.ToString() + Thread.CurrentThread.Name);
            }
            mutex.ReleaseMutex();
        }

在方法的内部我们申请一个Mutex对象，这个Mutex是全局的，就是在一台机器上只能存在一个名称的Mutex，Mutex可用来同步线程也可以用来同步进程。

我们在Print方法里面用WaitOne获取句柄，如果已经有线程“捷足先得”了，那么这里将阻塞，并返回false。

在使用完后，记得调用ReleaseMutex释放当前占用的Mutex句柄。

            Myclass1 myclass = new Myclass1();

            Thread thread = new Thread(new ThreadStart(myclass.Print));
            thread.Name = "线程1";

            Thread thread2 = new Thread(new ThreadStart(myclass.Print));
            thread2.Name = "线程2";

            thread.Start();
            thread2.Start();

            thread2.Join();
            thread.Join();
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

图3：

利用ManualResetEvent(手动事件)来进行同步

我们直接看代码吧，ManualResetEvent大家可能都用过。

public class EventWaitHandlerDemo
    {
        ManualResetEvent resetevent = new ManualResetEvent(false);
        public EventWaitHandlerDemo()
        {
            Thread thread = new Thread(new ThreadStart(this.DoWork));
            thread.Start();
        }
        private void DoWork()
        {
            int count = 0;
            while (true)
            {
                resetevent.WaitOne();
                Console.WriteLine(count++);
            }
        }
        public void GoThread()
        {
            resetevent.Set();
            Console.WriteLine("线程启动");
        }
        public void Stopthread()
        {
            resetevent.Reset();
            Console.WriteLine("线程暂停");
        }
        public void Close()
        {
            resetevent.Close();
            Console.WriteLine("线程终止");
        }
    }

这种类型的等待句柄对象是完全手动控制的，让我们想要用的时候要记得set，想要暂停的时候就Reset，不用了就close。

            EventWaitHandlerDemo demo = new EventWaitHandlerDemo();
            demo.GoThread();

            Thread.Sleep(1000);
            demo.Stopthread();

            Thread.Sleep(1000);
            demo.Close();

            Console.WriteLine("程序结束");

图4：

利用AutoResetEvent(自动事件)来进行同步

从名字上就能看出，该事件是自动重置事件，不需要想上面那样进行set\reset操作。

 public class AutoResetEventDemo
    {
        AutoResetEvent autoevent = new AutoResetEvent(true);
        public AutoResetEventDemo()
        { }
        public void Print()
        {
            autoevent.WaitOne();
            //  autoevent.Reset();在手动事件中，需要手动切换状态
            int i = 0;
            while (true)
            {
                if (i == 10)
                {
                    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "线程结束");
                    autoevent.Set();
                    break;
                }
                Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + "|" + i++);
            }
        }
    }

在上面的代码中，我们通过WaitOne获取等待句柄，当我们获取到之后，事件对象会自动重置为信号已发，其他线程无法获取到等待句柄。当我们set之后其他线程才能获取到，这里省掉的是线程进入执行路径的过程。

ManualResetEvent需要手动进行set才能使用，一旦set之后信号标记为未发状态，所有线程都能执行代码，除非手动Reset才能阻塞。

            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            AutoResetEventDemo autodemo = new AutoResetEventDemo();

            Thread thread1 = new Thread(new ThreadStart(autodemo.Print));
            thread1.Name = "线程1";

            Thread thread2 = new Thread(new ThreadStart(autodemo.Print));
            thread2.Name = "线程2";
            thread1.Start();
            thread2.Start();

            thread1.Join();
            thread2.Join();
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
            Console.Read();

图5：