.Net組件程序設(shè)計(jì)之線(xiàn)程、并發(fā)管理（二）

 .Net組件程序設(shè)計(jì)之線(xiàn)程、并發(fā)管理（二）

2.同步線(xiàn)程

• 手動(dòng)同步

  • 監(jiān)視器

  • 互斥

  • 可等待事件

同步線(xiàn)程

所有的.NET組件都支持在多線(xiàn)程的環(huán)境中運(yùn)行，可以被多個(gè)線(xiàn)程并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)，如果沒(méi)有線(xiàn)程同步，這樣的后果是當(dāng)多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn) 對(duì)象狀態(tài)時(shí)，對(duì)象的狀態(tài)可能被破壞，造成不一致性。.NET提供了兩種方法來(lái)避免這樣的問(wèn)題，使得我們?cè)O(shè)計(jì)的組件更加健壯。 第一種是自動(dòng)同步，讓你使用一個(gè)屬性來(lái)修飾組件，這樣就可以把組件交給.NET了，同步的事情也就交給了.NET。 第二種是手動(dòng)同步，這是讓你使用.NET提供的同步對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程同步，也不是太復(fù)雜，本篇將會(huì)對(duì)手動(dòng)同步來(lái)稍作講解。

2.1 手動(dòng)同步

    .NET手動(dòng)同步提供了一套豐富的同步鎖，上一節(jié)說(shuō)到同步域，同步域事實(shí)上是一個(gè)巨大的宏鎖，而手動(dòng)同步則提供了 對(duì)被鎖對(duì)象的細(xì)粒度控制，可以控制訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象、單一成員甚至是單行的代碼。這樣的好處就是有可能的提高系統(tǒng)的性能和吞吐量。

2.1.1 監(jiān)視器

監(jiān)視器是一種只能和引用類(lèi)型一塊工作的鎖。

2.1.1-1

 1     public class ManualSynchronization
 2     {
 3         public void DoSomeThing()
 4         {
 5             for (int i = 0; i < 100; i++)
 6             {
 7                 Console.WriteLine(i.ToString());
 8             }
 9         }
10     }

 1 ManualSynchronization monitorcase = new ManualSynchronization();
 2 
 3 Monitor.Enter(monitorcase);
 4 try
 5 {
 6     monitorcase.DoSomeThing();
 7 }
 8 finally
 9 {
10     Monitor.Exit(monitorcase);
11 }

任何線(xiàn)程的任何對(duì)象都可以調(diào)用Enter()方法來(lái)鎖定對(duì)象，如果Monitor正在被一個(gè)線(xiàn)程使用，而這個(gè)時(shí)候又有一個(gè)線(xiàn)程來(lái)請(qǐng)求對(duì)象Enter()，這樣就會(huì)使第二個(gè)線(xiàn)程阻塞，直到第一個(gè)線(xiàn)程調(diào)用Exit()，如果這時(shí)有多個(gè)線(xiàn)程請(qǐng)求對(duì)象Enter()，它們就會(huì)被放置在一個(gè)叫做鎖隊(duì)列的隊(duì)列里，并依照隊(duì)列的順序獲得服務(wù)順序。

你還可以使用Monitor類(lèi)為靜態(tài)類(lèi)方法或靜態(tài)屬性提供安全線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)，方法是讓Monitor鎖定該類(lèi)型，而不是一個(gè)實(shí)例：

2.1.1-2

 1     public class ManualSynchronization
 2     {
 3         public static void SDoSomeThing()
 4         {
 5             for (int i = 0; i < 100; i++)
 6             {
 7                 Console.WriteLine(i.ToString());
 8             }
 9         }
10     }

1            Monitor.Enter(typeof(ManualSynchronization));
2            try
3            {
4                ManualSynchronization.SDoSomeThing();
5            }
6            finally
7            {
8                Monitor.Exit(typeof(ManualSynchronization));
9            }

在C#中為了簡(jiǎn)化這樣的寫(xiě)法，提供了lock語(yǔ)句，使編譯器在try/finally語(yǔ)句中自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)Enter()和Exit()的調(diào)用。

比如你寫(xiě)下這樣的代碼等同于2.1.1-1的示例代碼：

2.1.1-3

1 ManualSynchronization monitorcase = new ManualSynchronization();
2 lock(monitorcase)
3 {
4     monitorcase.DoSomeThing();
5 }

像上面的代碼這樣寫(xiě)看似沒(méi)什么問(wèn)題了，因?yàn)檫@個(gè)lock所定對(duì)象實(shí)例或者是對(duì)象類(lèi)型，是根據(jù)客戶(hù)端開(kāi)發(fā)者的判斷而定的，這樣的鎖定方式與客戶(hù)端耦合度大，看下以下代碼：

2.1.1-4

 1     public class ManualSynchronization
 2     {
 3         public void DoSomeThing()
 4         {
 5             lock (this)
 6             {
 7                 for (int i = 0; i < 100; i++)
 8                 {
 9                     Console.WriteLine(i.ToString());
10                 }
11             }
12         }
13     ｝

1 ManualSynchronization monitorcase = new ManualSynchronization();
2 monitorcase.DoSomeThing();

這樣感覺(jué)是不是舒服不少，這就是方法同步了，.NET內(nèi)部也對(duì)它提供了支持，定義在System.Runtime.CompilerServices命名空間里的MethodImpl方法屬性接受一個(gè)MethodImplOptions類(lèi)型的枚舉。其中一個(gè)枚舉值是MethodImplOptions.Synchronized。當(dāng)運(yùn)行這個(gè)枚舉值的時(shí)候，編輯器就指示.NET運(yùn)行時(shí)在方法入口鎖定對(duì)象，語(yǔ)義和2.1.1-4的代碼斷相同：

2.1.1-5

1     public class ManualSynchronization
2     {
3         [MethodImpl( MethodImplOptions.Synchronized)]
4         public void DoSomeThingSynchroniezd()
5         {
6             Console.WriteLine("studycase");
7         }
8     ｝

2.1.2 互斥

這一個(gè)小節(jié)要講到的是Mutex類(lèi)，它是從WaitHandle派生的類(lèi)，它保證了各個(gè)線(xiàn)程在某個(gè)資源或代碼塊上相互排斥。

 2.1.2-1

 1     public class MutexDom:IDisposable
 2     {
 3         public MutexDom(){}
 4         private int _Num = 0;
 5         public int Num
 6         {
 7             get
 8             {
 9                 return _Num;
10             }
11             set
12             {
13                 _Num = value;
14             }
15         }
16         public void Dom()
17         {
18                  for (int i = 0; i < 100; i++)
19                 {
20                     Num = Num + i;
21                     Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "_" + Num.ToString() +"_"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
22                 }
23 
24             
25         }
26         public void Dispose()
27         {
28          
29         }
30 
31         public static void Test()
32         {
33             MutexDom mutexDom=new MutexDom();
34             ThreadStart threadStart=new ThreadStart(mutexDom.Dom);
35             Thread thread1 = new Thread(threadStart);
36             thread1.Name = "Thread_One";
37             Thread thread2 = new Thread(threadStart);
38             thread2.Name = "Thread_Two";
39             thread1.Start();
40             thread2.Start();
41         }
42     }

MutexDom.Test();啟動(dòng)測(cè)試，我所希望的效果是Dom()方法是有序的執(zhí)行的，而我用了一個(gè)int類(lèi)型的Nun屬性來(lái)作為計(jì)數(shù)器，那我們就一起來(lái)看一下結(jié)果吧（可能每次運(yùn)行結(jié)果不一樣）

我所期望的在線(xiàn)程Thread_One中執(zhí)行0遞增至99的值時(shí)4950，而在結(jié)果中已經(jīng)超出了這個(gè)范圍，這說(shuō)明了什么？說(shuō)明了兩個(gè)線(xiàn)程在交替的對(duì)Num進(jìn)行操作。修改一下代碼，再來(lái)看一下：

 2.1.2-2

 1     public class MutexDom:IDisposable
 2     {
 3         private Mutex _Mutex;
 4         public MutexDom()
 5         {
 6             _Mutex = new Mutex();
 7         }
 8         private int _Num = 0;
 9         public int Num
10         {
11             get
12             {
13                 return _Num;
14             }
15             set
16             {
17                 _Num = value;
18             }
19         }
20         public void Dom()
21         {
22             _Mutex.WaitOne();//如果當(dāng)前資源被占用 則等待占用它的線(xiàn)程發(fā)送消息
23             try
24             {
25                 for (int i = 0; i < 100; i++)
26                 {
27                     Num = Num + i;
28                     Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "_" + Num.ToString() +"_"+Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString());
29                 }
30             }
31             finally
32             {
33                 _Mutex.ReleaseMutex();
34             }
35             
36         }
37         public void Dispose()
38         {
39             _Mutex.Close();
40         }
41 
42         public static void Test()
43         {
44             MutexDom mutexDom=new MutexDom();
45             ThreadStart threadStart=new ThreadStart(mutexDom.Dom);
46             Thread thread1 = new Thread(threadStart);
47             thread1.Name = "Thread_One";
48             Thread thread2 = new Thread(threadStart);
49             thread2.Name = "Thread_Two";
50             
51             thread1.Start();
52             thread2.Start();
53             
54         }
55     }

從結(jié)果中得出，是線(xiàn)程Thread_Two先執(zhí)行的，這個(gè)沒(méi)關(guān)系，只要看它的結(jié)果值就行了，這就說(shuō)明了，在線(xiàn)程"Thread_Two"執(zhí)行對(duì)Dom()方法操作的時(shí)候"Thread_One"是肯定已經(jīng)啟動(dòng)了的，而且是在等待"Thread_Two"的釋放消息，這樣就保持了對(duì)象狀態(tài)的一致性，這個(gè)時(shí)候"Thread_One"是在一個(gè)等待隊(duì)列中的。如果這個(gè)時(shí)候"Thread_One"調(diào)用ReleaseMutex()方法，是會(huì)報(bào)錯(cuò)的，因?yàn)镽eleaseMutex()方法是只能當(dāng)前所占有的線(xiàn)程來(lái)進(jìn)行釋放，互斥就這樣完成了。

2.1.3 可等待事件

EventWaitHandle類(lèi)派生于WaitHandle,被用于跨線(xiàn)程通知事件。 它有兩種狀態(tài)：信號(hào)已發(fā)狀態(tài)、信號(hào)未發(fā)狀態(tài)。 Set()方法和 Reset()方法分別把句柄狀態(tài)設(shè)置為信號(hào)已發(fā)或信號(hào)未發(fā)。 它有兩種使用方式，一種是手動(dòng)重置，還有一種是自動(dòng)重置。是通過(guò)給構(gòu)造函數(shù)提供一個(gè)EventResetMode類(lèi)型的枚舉值，

1     public enum EventResetMode
2     {
3        AutoReset,
4        ManualReset
5     }

.NET提供了EventWaitHandle的兩個(gè)強(qiáng)類(lèi)型子類(lèi)，定義如下：

 1     public class ManualResetEvent:EventWaitHandle
 2     {
 3         public ManualResetEvent(bool initialState):base(initialState,EventResetMode.ManualReset)
 4         {}
 5     }
 6     public sealed class AutoResetEvent : EventWaitHandle
 7     {
 8         public AutoResetEvent(bool initialState):base(initialState,EventResetMode.AutoReset)
 9         {}
10     }

先來(lái)看一下手動(dòng)重置：

2.1.3-1

 1     public class EventDom:IDisposable
 2     {
 3         ManualResetEvent _WaitHandle;
 4         public EventDom()
 5         {
 6             _WaitHandle = new ManualResetEvent(true);
 7 
 8             Thread thread = new Thread(DoWork);
 9             thread.Start();
10         }
11         private void DoWork()
12         {
13             int num = 0;
14             while (true)
15             {
16                 _WaitHandle.WaitOne();
17                 num++;
18                 Console.WriteLine("EventDom_" + num.ToString());
19             }
20         }
21         public void StartThread()
22         {
23             _WaitHandle.Set();
24             Console.WriteLine("EventDom->StartThread");
25         }
26         public void StopThread()
27         {
28             _WaitHandle.Reset();
29             Console.WriteLine("EventDom->StopThread");
30         }
31         public void Dispose()
32         {
33             _WaitHandle.Close();
34         }
35 
36         public static void Test()
37         {
38             EventDom eventDom = new EventDom();
39             eventDom.StopThread();
40         }
41 
42      }

 調(diào)用EventDom.Test();進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下圖：

在構(gòu)造函數(shù)中我就已經(jīng)把手動(dòng)重置事件聲明為了 信號(hào)已發(fā)狀態(tài)，所以在運(yùn)行的時(shí)候，while在每次循環(huán)的時(shí)候等待接收到的信號(hào)一直都是已發(fā)送狀態(tài)，所以是一直在輸出，直到調(diào)用了StopThread()方法中的Reset()方法，把狀態(tài)設(shè)置為未發(fā)送狀態(tài)，才使執(zhí)行暫停。

再來(lái)看一下自動(dòng)重置，修改一下上段的代碼，

 1     public class EventDom : IDisposable
 2     {
 3         AutoResetEvent _WaitHandle;
 4         public EventDom()
 5         {
 6             _WaitHandle = new AutoResetEvent(true);
 7 
 8             Thread thread = new Thread(DoWork);
 9             thread.Start();
10         }
11         private void DoWork()
12         {
13             int num = 0;
14             while (true)
15             {
16                 _WaitHandle.WaitOne();
17                 num++;
18                 Console.WriteLine("EventDom_" + num.ToString());
19             }
20         }
21         public void StartThread()
22         {
23             _WaitHandle.Set();
24             Console.WriteLine("EventDom->StartThread");
25         }
26         public void StopThread()
27         {
28             _WaitHandle.Reset();
29             Console.WriteLine("EventDom->StopThread");
30         }
31         public void Dispose()
32         {
33             _WaitHandle.Close();
34         }
35 
36         public static void Test()
37         {
38             EventDom eventDom = new EventDom();
39             eventDom.StartThread();
40         }
41     }

首先把手動(dòng)重置類(lèi)型換成了自動(dòng)重置類(lèi)型，然后再測(cè)試代碼中把設(shè)置狀態(tài)為未發(fā)送的方法，改成了設(shè)置狀態(tài)為已發(fā)送的方法。

這個(gè)結(jié)果是正確，因?yàn)樽詣?dòng)重置類(lèi)型就是事件狀態(tài)被設(shè)置為信號(hào)已發(fā)，它就會(huì)保持這個(gè)狀態(tài)，直到某個(gè)線(xiàn)程從等待調(diào)用中釋放出來(lái)，然后在這個(gè)時(shí)候，它的狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，自動(dòng)的反轉(zhuǎn)到未發(fā)送狀態(tài)。

還有一些擴(kuò)展的知識(shí)點(diǎn)就不在這一一闡述了，希望本篇能對(duì)大家有所幫助。END