二十八线程之线程同步,进程之中的同台

  在线程里,尽管急需共享数据,那么一定须要动用同步本领,确定保障1回唯有3个线程访问和改换共享数据的景色。在.net中,lock语句、Interlocked类和Monitor类可用于进度之中的1块。


一、如若三个或五个线程访问同1的对象,只怕访问不联合的共享状态,会油然则生争用标准化。

(一)概述

一、lock语句与线程安全

  lock语句是安装锁定和清除锁定的壹种简易方法。在行使lock语句以前,先进入另二个争用条件。例如:

public class SharedState
{
    public int State { get; set; }
}
public class Job
{
    SharedState sharedState;
    public Job(SharedState sharedState)
    {
        this.sharedState = sharedState;
    }
    public void DoTheJob()
    {
        for (int i = 0; i < 50000; i++)
        {
                sharedState.State += 1;
        }
    }
}
static void Main()
{
    int numTasks = 20;
    var state = new SharedState();
    var tasks = new Task[numTasks];//定义20个任务

    for (int i = 0; i < numTasks; i++)
    {
        tasks[i] = Task.Run(() => new Job(state).DoTheJob());//启动20个任务,同时对数据进行修改
    }

    for (int i = 0; i < numTasks; i++)
    {
        tasks[i].Wait();//等待所有任务结束
    }

    Console.WriteLine("summarized {0}", state.State);//预想应该输出:summarized 1000000
}

  实际上的出口与预期输出并不等同,每趟运维的输出结果都不可同日而语,但从未1个是没有错的。假若将线程数量缩短,那么获得正确值的次数会大增,但也不是历次都不错。

  使用lock关键字,能够实现多少个线程访问同二个数额时的壹道难题。lock语句表示等待钦赐对象的锁定,该目的只好时引用类型。实行锁定后——只锁定了贰个线程,就运营lock语句块中的代码,在lock块最终接触锁定,以便另一个线程能够锁定该目的。

lock(obj)
{
    //执行代码
}
//锁定静态成员,可以所以其类型(object)
lock(typeof(StaticCalss))
{
    //执行代码
}

  所以修改上述的代码,使用SyncRoot方式。不过,若是是对品质的造访举办锁定:

public class SharedState
{
    private object syncRoot = new object();

    private int state = 0;
    public int State
    {
        get { lock (syncRoot) return state; }
        set { lock (syncRoot) state = value; }
    }
}

  仍会现身前边的争用情形。在点子调用get存款和储蓄器,以获得state的此时此刻值,然后set存款和储蓄器给state设置新值。在调用对象的get和set存款和储蓄器期间,对象并从未锁定,另3个线程仍旧能够拿走权且值。最棒的章程是在不更动SharedState类的前提下,在调用方法中,将lock语句增多到适合的地点:

public class SharedState
{
    public int State { get; set; }
}
public class Job
{
    SharedState sharedState;
    public Job(SharedState sharedState)
    {
        this.sharedState = sharedState;
    }
    public void DoTheJob()
    {
        for (int i = 0; i < 50000; i++)
        {
            lock (sharedState)
            {
                sharedState.State += 1;
            }
        }
    }
}

  在2个地方使用lock语句并不表示访问对象的其余线程都在守候。必须对种种访问共享数据的线程突显选拔同步功用。

  为使对state的更换作为2个原子操作,修改代码:

public class SharedState
{
    private int state = 0;
    public int State { get { return state; } }
    public int IncrementState()
    {
        lock (this)
        {
            return ++state;
        }
    }
}
//外部访问
public void DoTheJob()
{
    for (int i = 0; i < 50000; i++)
    {
         sharedState.IncrementState();        
    }
}

 1 using System;
 2 using System.Text;
 3 using System.Threading;
 4 
 5 class Outputer
 6 {
 7     public void Output(string msg)
 8     {
 9         for (int i = 0; i < msg.Length; i++)
10         {
11             Console.Write(msg[i]);
12         }
13         Console.WriteLine();
14     }
15 }
16 
17 class Program
18 {
19     static void Main(string[] args)
20     {
21         Outputer outputer = new Outputer();
22         object locker = new object();
23         StringBuilder str = new StringBuilder();
24         for (int i = 0; i < 26; i++)
25         {
26             str.Append(((char)('A' + i)).ToString());
27         }
28         new Thread((msg) =>
29         {
30             while (true)
31             {
32                 outputer.Output(msg.ToString());
33             }
34         }).Start(str.ToString());
35         new Thread(() =>
36         {
37             while (true)
38             {
39                 outputer.Output("1234567890");
40             }
41         }).Start();
42     }
43 }

怀有要求等待的操作,例如,因为文件、数据库或互连网访问都急需一定的大运,此时就足以运营一个新的线程,同时完结别的任务。

二十八线程之线程同步,进程之中的同台。2、Interlocked类

  Interlocked类用于使变量的差不多语句原子化。i++并非线程安全的,它事关几个步骤:取值、自增、存值。那一个操作大概被线程调度器打断。Interlocked类提供了以线程安全的不贰诀窍递增、递减、调换和读取值的情势。Interlocked类只好用于轻易的协同难点,而且十分的快。因而,上边的IncrementState()方法的代码可以改为:return
Interlocked.Increment(ref state);

10贰线程间应尽量制止同步难题,最佳不要线程间共享数据。要是必须求共享数据,就须求采用同步本领,确定保障三遍唯有2个线程访问和转移共享状态。

运维结果:

线程是先后中单独的指令流。

3、Monitor类

  lcok语句最终会有C#编写翻译器解析为利用Monitor类。

lock(obj)
{
    //执行代码
}

  轻巧的lock(obj)语句会被解析为调用Enter()方法,该方法会平素等候,直到线程锁定指标。叁次只有三个线程能锁定指标,只要裁撤锁定,线程就足以进来同步阶段。Monitor类的Exit()方法解除锁定。编写翻译器把Exit()方法放在try块的finally中,不论是不是抛出十分,都将要语句块运转末尾解除锁定。

Monitor.Enter(obj);
try
{
    //执行代码
}
finally
{
    Monitor.Exit(obj);
}

  相对于lock语句,Mpnitor类能够安装二个守候被锁定的超时值。那样就不会Infiniti制期限的守候锁定,假诺等待锁定期期超越规定时间,则赶回false,表示未被锁定,线程不再等待,施行其余操作。大概未来,该线程会再度尝试获得锁定:

bool lockTaken = false;
Monitor.TryEnter(obj,500, ref lockTaken);//在500ms内,是否锁定了对象
if (lockTaken)
{
    try
    {
        //执行代码
    }
    finally
    {
        Monitor.Exit(obj);
    }
}
else
{
    //未获得锁定,执行代码
}

   要是依据对象的锁定指标(Monitor)的系统开荒由于杂质回收而过高,能够行使SpinLock结构。,SpinLock结构适用于:有雅量的锁定,而且锁定时期总是尤其短的气象。应幸免采取多少个SpinLock结构,也毫无调用任何大概过不去的始末。

一::lock语句

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lock语句事设置锁定和接触锁定的一种轻松方法。其语法分外轻巧:

贰、要制止该难题,能够利用lock语句锁定共享的对象。

(二)Paraller类

            lock (obj)
            {
                // 需要发生同步的代码区
            }
 1 using System;
 2 using System.Text;
 3 using System.Threading;
 4 
 5 class Outputer
 6 {
 7     public void Output(string msg)
 8     {
 9         for (int i = 0; i < msg.Length; i++)
10         {
11             Console.Write(msg[i]);
12         }
13         Console.WriteLine();
14     }
15 }
16 
17 class Program
18 {
19     static void Main(string[] args)
20     {
21         Outputer outputer = new Outputer();
22         object locker = new object();
23         StringBuilder str = new StringBuilder();
24         for (int i = 0; i < 26; i++)
25         {
26             str.Append(((char)('A' + i)).ToString());
27         }
28         new Thread((msg) =>
29         {
30             while (true)
31             {
32                 lock (locker)
33                 {
34                     outputer.Output(msg.ToString());
35                 }
36             }
37         }).Start(str.ToString());
38         new Thread(() =>
39         {
40             while (true)
41             {
42                 lock (locker)
43                 {
44                     outputer.Output("1234567890");
45                 }
46             }
47         }).Start();
48     }
49 }

Paraller类是对线程的一个很好的抽象,该类位于System.Threading.Tasks名称空间中,提供了数额和任务并行性。

将共享数据的操作代码,放在上述的“{…}”区域内。锁定的靶子(obj)必须是引用类型,若是锁定三个值类型,实际是锁定了它的三个别本,并不曾兑现锁定作用。

运行结果:

Paraller.For()和Paraller.ForEach()方法在历次迭代中调用相同的代码,二Parallel.Invoke()方法允许同时调用差别的诀要。Paraller.Invoke用于义务并行性,而Parallel.ForEach用于数据并行性。

一般地,被锁定目的急需被创制为 私有 只读 引用类型:

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        private readonly object obj = new object();

叁、也能够将共享对象设置为线程安全的目的。

一、Parallel.For()方法循环

二::Interlocked类

 1 using System;
 2 using System.Text;
 3 using System.Threading;
 4 
 5 class Outputer
 6 {
 7     public void Output(string msg)
 8     {
 9         lock (this)
10         {
11             for (int i = 0; i < msg.Length; i++)
12             {
13                 Console.Write(msg[i]);
14             }
15             Console.WriteLine();
16         }
17     }
18 }
19 
20 class Program
21 {
22     static void Main(string[] args)
23     {
24         Outputer outputer = new Outputer();
25         object locker = new object();
26         StringBuilder str = new StringBuilder();
27         for (int i = 0; i < 26; i++)
28         {
29             str.Append(((char)('A' + i)).ToString());
30         }
31         new Thread((msg) =>
32         {
33             while (true)
34             {
35                 outputer.Output(msg.ToString());
36             }
37         }).Start(str.ToString());
38         new Thread(() =>
39         {
40             while (true)
41             {
42                 outputer.Output("1234567890");
43             }
44         }).Start();
45     }
46 }
ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, 10, i =>
{
    Console.WriteLine("当前迭代顺序:" + i);
    Thread.Sleep(10);//线程等待
});

Interlocked类用于使变量的简要语句原子化。它提供了以线程安全的办法递增、递减、调换和读取值的方法。

肆、过多的锁定会促成死锁。所谓死锁就是至少有四个线程被挂起,互相等待对方解锁,以至于线程Infiniti等待下去。

在For()方法中,前七个参数定义了循环的开头和终止,第五个参数是贰个Action<int>委托,参数是循环迭代的次数。

        private int stateFlag = 0;

        public int IncrementState
        {
            //get
            //{
            //    lock (this)
            //    {
            //        stateFlag++;
            //        return stateFlag;
            //    }
            //}

            get
            {
                return Interlocked.Increment(ref stateFlag); // using System.Threading;

                //Interlocked.Decrement(ref V0);
                //Interlocked.Exchange(ref V1, ref V2);
                //Interlocked.Read(ref V0);
            }
        }
 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 
 4 class DeadLocker
 5 {
 6     object locker1 = new object();
 7     object locker2 = new object();
 8 
 9     public void Method1()
10     {
11         while (true)
12         {
13             lock (locker1)
14             {
15                 lock (locker2)
16                 {
17                     Console.WriteLine("First lock1, and then lock2");
18                 }
19             }
20         }
21     }
22 
23     public void Method2()
24     {
25         while (true)
26         {
27             lock (locker2)
28             {
29                 lock (locker1)
30                 {
31                     Console.WriteLine("First lock2, and then lock1");
32                 }
33             }
34         }
35     }
36 }
37 
38 class Program
39 {
40     static void Main(string[] args)
41     {
42         DeadLocker dl = new DeadLocker();
43         new Thread(dl.Method1).Start();
44         new Thread(dl.Method2).Start();
45     }
46 }

Parallel类只等待它创立的天职,而不等待其余后台活动。

三::Monitor类

运营结果:

Parallel.For()方法能够提前终止:

与lock相似,C#的lock语句被编写翻译器解析为利用Monitor类。锁定开端也正是Monitor.Enter(obj)
方法,该方法会平昔等候,直到线程被对象锁定。解除锁定后线程进入同步阶段,使用
Monitor.Exit(obj)方法解除锁定,编译器将它与try块的finally结合。方法一中的代码,相当于:

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var result = Parallel.For(10, 40, async (int i, ParallelLoopState pls) =>
 {
     Console.WriteLine("迭代序号:{0}, 任务: {1}, 线程: {2}", i, Task.CurrentId, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
     await Task.Delay(10);
     if (i > 15)
     {
         pls.Break();
     }
 });
Console.WriteLine("循环完成状态:" + result.IsCompleted);
Console.WriteLine("Break索引:" + result.LowestBreakIteration);
            Monitor.Enter(obj);
            try
            {
                // 需要发生同步的代码区
            }
            finally
            {
                Monitor.Exit(obj);
            }

五、同步难题和争用条件以及死锁相关,要避免同步难点,最棒就无须在线程之间共享数据。借使要共享数据就非得采取同步技巧,确定保障二回唯有一个线程访问和改造共享状态。在C#美高梅开户网址,中,lock语句是设置锁定和化解锁定的壹种轻便方法。编写翻译器将其编写翻译为IL后,会被编写翻译成了调用Monitor类的Enter和Exit方法。

亟需小心的是,Break()方法仅是报告循环在适度的时候退出当前迭代之外的迭代。

与lock语句相比,Monitor类的独到之处在于:能够增加一个守候北锁定的超时值。那样就不会Infiniti制时间等待被锁定,而可以采纳TryEnter() 方法,给多少个逾期参数。

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 
 4 class Program
 5 {
 6     static void Main(string[] args)
 7     {
 8     }
 9 
10     void Method()
11     {
12         lock (typeof(Program))
13         {
14         }
15     }
16 }

Parallel.For()还能对线程举行初步化和退出时制定措施:

            bool lockTaken = false;
            Monitor.TryEnter(obj, 500, ref lockTaken);
            if (lockTaken)
            {
                try
                {
                    // acquired the lock
                    // synchronized region for obj
                }
                finally
                {
                    Monitor.Exit(obj);
                }
            }
            else
            {
                // didn't get the lock,do something else
            }

编写翻译结果:

Parallel.For<string>(10,25,()=> {
    Console.WriteLine("初始线程{0},任务{1}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,Task.CurrentId);
    return string.Format("线程Id"+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
},
(i,pls,str1)=> {
    Console.WriteLine("迭代顺序:【{0}】,线程初始化返回值:【{1}】,线程Id:【{2}】,任务Id:【{3}】",i,str1, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Task.CurrentId);
    Thread.Sleep(10);
    return string.Format("迭代顺序:"+i);
},
(str1)=> {
    Console.WriteLine("线程主体返回值:{0}",str1);
});

一旦obj被锁定,TryEnter() 方法就会把 bool 型引用参数 lockTaken 设置为
true,并同步地拜会由 obj 锁定的意况。如果另壹线程 锁定 obj 的岁月超越500 阿秒,Try Enter() 方法就把变量 lockTaken 设为 false
,线程不再等待,而是用来施行此外操作。大概在其后,该线程会尝试又一次被锁定。

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除开循环开头与截止的钦定,第多个是对迭代调用的各类线程进行拍卖,第几个是迭代的不2诀要主体,第多少个是迭代产生时对线程的处理。

 四::SpinLock结构

陆、争用口径的另1个例子。

 

它是贰个结构体(struct),用法极类似于Monitor类。得到锁用
Enter()或TryEnter() 方法,释放锁用 Exit() 方法。它还提供了质量 IsHeld 和
IsHeldByCurrentThred ,钦命当前是不是被锁定。

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using System.Threading.Tasks;
 4 
 5 class SharedState
 6 {
 7     public int State { get; set; }
 8 }
 9 
10 class Worker
11 {
12     SharedState state;
13 
14     public Worker(SharedState state)
15     {
16         this.state = state;
17     }
18 
19     public void DoJob()
20     {
21         for (int i = 0; i < 500; i++)
22         {
23             state.State += 1;
24         }
25     }
26 }
27 
28 class Program
29 {
30     static void Main(string[] args)
31     {
32         int numTasks = 20;
33         var state = new SharedState();
34         var tasks = new Task[numTasks];
35         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
36         {
37             tasks[i] = new Task(new Worker(state).DoJob);
38             tasks[i].Start();
39         }
40         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
41         {
42             tasks[i].Wait(); //使20个任务全部处于等待状态,直到所有任务都执行完毕为止
43         }
44         Console.WriteLine("Summarized {0}", state.State);
45     }
46 }

2、使用Paralle.ForEach()方法循环

        SpinLock mSpinLock = new SpinLock(); // 最好只是用一个 SpinLock

        public void fun1()
        {
            // .....

            bool lockTaken = false;
            mSpinLock.Enter(ref lockTaken);
            try
            {
                // synchronized region
            }
            finally
            {
                mSpinLock.Exit();
            }

            // ...
        }
        public void fun2()
        {
            // .....

            bool lockTaken = false;
            mSpinLock.TryEnter(500, ref lockTaken);
            if (lockTaken)
            {
                try
                {
                    // synchronized region
                }
                finally
                {
                    mSpinLock.Exit();
                }
            }
            else
            {
                // didn't get the lock,do something else
            }

            // ...
        }

运作结果:

string[] data = { "a", "b", "c", "d", "e", "f", "g", "h", "i", "j", "k" };
Parallel.ForEach(data, (s, pls, l) =>
{
    Console.WriteLine(s + " " + l);//s是当前循环的项的值,pls是ParallelLoopState类型,l是当前迭代的顺序
});

SpinLock结构体是 .Net 4新扩张。它适用于:有雅量的锁,且锁定期间都更短。程序要求防止选取八个SpinLock 结构,也绝不调用任何可能过不去的剧情。

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五::WaitHandle 基类

从下边结果来看,十八个职分分别对共享的数额增进后,打字与印刷其结果。逐个职务施行500次,共1捌个任务,理想的结果是10000,然则实际并非如此。事实是历次运维的结果都比不上,且并未有1个结出是不利的。使用lock语句时要小心的是传递的锁对象必须是援引对象,若对值对象使用lock语句,C#编写翻译器会报错。

三、通过Parallel.Invoke()方法调用五个主意

WaitHandle是贰个虚幻基类,用于等待3个数字信号的设置。能够等待不相同的连续信号,因为WaitHandle是1个基类,可以从中派生1些类。

柒、将上述代码改写为如下的SyncRoot情势,不过不可能打字与印刷输出理想结果的一千0。

Parallel.Invoke()方法运维传递一个Action委托数组,在其中可以钦赐供给相互运转的方法。

        public delegate int TakesAWhileDelegate(int data, int ms); // 声明委托
        public void Main()
        {
            TakesAWhileDelegate vTAwdl = TakesAWhile;
            IAsyncResult vAr = vTAwdl.BeginInvoke(1, 3000, null, null);
            while(true)
            {
                Console.Write(".");
                if (vAr.AsyncWaitHandle.WaitOne(300, false)) // 等待 vAr.AsyncWaitHandle 收到信号(超时300毫秒)
                {
                    Console.WriteLine("Can get the result now.");
                    break;
                }
            }
            int result = vTAwdl.EndInvoke(vAr);
            Console.WriteLine("Result:{0}", result);

            Console.Read();
        }

        int TakesAWhile(int data, int ms) 
        {
            Console.WriteLine("TakesAWhile started");
            Thread.Sleep(ms);
            Console.WriteLine("TakesAWhile completed");
            return ++data;
        }
 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using System.Threading.Tasks;
 4 
 5 class SharedState
 6 {
 7     public int State { get; set; }
 8 }
 9 
10 class Worker
11 {
12     SharedState state;
13 
14     public Worker()
15     {
16         this.state = new SharedState();    
17     }
18 
19     public Worker(SharedState state)
20     {
21         this.state = state;
22     }
23 
24     public static Worker Synchronized(Worker worker)
25     {
26         if (!worker.IsSynchronized)
27         {
28             return new SynchronizedWorker(worker);
29         }
30         return worker;
31     }
32 
33     public virtual void DoJob()
34     {
35         for (int i = 0; i < 500; i++)
36         {
37             state.State += 1;
38         }
39     }
40 
41     public virtual bool IsSynchronized
42     {
43         get { return false; }
44     }
45 
46     private class SynchronizedWorker : Worker
47     {
48         object locker = new object();
49         Worker worker;
50 
51         public SynchronizedWorker(Worker worker)
52         {
53             this.worker = worker;
54         }
55 
56         public override bool IsSynchronized
57         {
58             get { return true; }
59         }
60 
61         public override void DoJob()
62         {
63             lock (locker)
64             {
65                 worker.DoJob();
66             }
67         }
68     }
69 }
70 
71 class Program
72 {
73     static void Main(string[] args)
74     {
75         int numTasks = 20;
76         var state = new SharedState();
77         var tasks = new Task[numTasks];
78         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
79         {
80             Worker worker = Worker.Synchronized(new Worker(state));
81             tasks[i] = new Task(worker.DoJob);
82             tasks[i].Start();
83         }
84         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
85         {
86             tasks[i].Wait(); //使20个任务全部处于等待状态,直到所有任务都执行完毕为止
87         }
88         Console.WriteLine("Summarized {0}", state.State);
89     }
90 }
 1 static void Main(string[] args)
 2 {
 3     Parallel.Invoke(Say1, Say2, Say3, Say4, Say5);
 4     Console.WriteLine("---------");
 5     Say1();
 6     Say2();
 7     Say3();
 8     Say4();
 9     Say5();
10  
11     Console.ReadKey();
12 }
13 static void Say1()
14 {
15     Thread.Sleep(100);
16     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "1");
17 }
18 static void Say2()
19 {
20     Thread.Sleep(100);
21     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "2");
22 }
23 static void Say3()
24 {
25     Thread.Sleep(100);
26     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "3");
27 }
28 static void Say4()
29 {
30     Thread.Sleep(100);
31     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "4");
32 }
33 static void Say5()
34 {
35     Thread.Sleep(100);
36     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "5");
37 }

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将SharedState类也改写为SyncRoot格局,依旧要命,不知道原委。

 

以上实例代码,使用”异步委托”, BeginInvoke() 方法再次回到一个兑现了
IAsycResult接口的对象。使用 IAsycResult 接口,可以用AsycResult属性访问
WaitHandle
基类。在调用WaitOne()方法时,线程等待多少个与等待句柄相关的时限信号。

 1 class SharedState
 2 {
 3     object locker = new object();
 4 
 5     int state;
 6 
 7     public int State
 8     {
 9         get
10         {
11             lock (locker)
12             {
13                 return this.state;
14             }
15         }
16         set
17         {
18             lock (locker)
19             {
20                 this.state = value;
21             }
22         }
23     }
24 }

 

动用 WaitHandle
类能够等待一个时域信号出现(WaitOne()方法)、等待必须发出确定性信号的多少个目标(WaitAll()方法)、可能等待多个指标中的一个(WaitAny()方法)。后两者事WaitHandle类的静态方法,接收三个WaitHandle参数数组。

最简易且保障的办法是在DoJob方法中,将lock语句增添到适合的地点。

(三)任务

六::Mutex类

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using System.Threading.Tasks;
 4 
 5 class SharedState
 6 {
 7     public int State { get; set; }
 8 }
 9 
10 class Worker
11 {
12     SharedState state;
13 
14     public Worker(SharedState state)
15     {
16         this.state = state;
17     }
18 
19     public void DoJob()
20     {
21         for (int i = 0; i < 500; i++)
22         {
23             // 最简单可靠的办法是在适合的地方添加lock语句
24             lock (state)
25             {
26                 state.State += 1;
27             }
28         }
29     }
30 }
31 
32 class Program
33 {
34     static void Main(string[] args)
35     {
36         int numTasks = 20;
37         var state = new SharedState();
38         var tasks = new Task[numTasks];
39         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
40         {
41             tasks[i] = new Task(new Worker(state).DoJob);
42             tasks[i].Start();
43         }
44         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
45         {
46             tasks[i].Wait(); //使20个任务全部处于等待状态,直到所有任务都执行完毕为止
47         }
48         Console.WriteLine("Summarized {0}", state.State);
49     }
50 }

为了越来越好的操纵并行动作,能够行使System.Threading.Tasks名称空间中的Task类。

Mutex(mutual exclusion,互斥)是 .NET Framework中提供跨几个进程手拉手访问的三个类。所以,它常被用于“程序单一运营调控”。

抑或也得以如下重写DoJob方法。

 

        /// <summary>
        /// 单一进程 检查,如果已经运行一个进程,返回false,表示检查不通过。否则返回true。
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private bool RunOnceCheck()
        {
            bool vExist;
            Mutex nMutex = new Mutex(false, "SingletonWinAppMutex", out vExist);
            if (!vExist)
            {
                // 表示已经启动一个了,应退出当前启动
                return false;
            }
            return true;
        }
 1 public void DoJob()
 2 {
 3     // 最简单可靠的办法是在适合的地方添加lock语句
 4     lock (state)
 5     {
 6         for (int i = 0; i < 500; i++)
 7         {
 8             state.State += 1;
 9         }
10     }
11 }

一、运转职责

它非凡周围于Monitor类,因为她俩都只有一个线程能具备锁定。唯有2个线程能获得互斥锁定,访问受排挤珍爱的同步代码区域。Mutex派生自基类WaitHandle,因而能够利用WaitOne()方法获得互斥锁定,在该进度中变为该互斥的具有者。调用
ReleaseMutex()方法,释放互斥。

在意:在3个地点采用lock语句并不意味着,访问对象的其他线程都正在等候。必须对每个访问共享状态的线程显示地行使同步效用。

(1)使用线程池的天职

            bool createdNew;
            Mutex mutex = new Mutex(false, "ProCSharpMutex", out createdNew);

            if (mutex.WaitOne())
            {
                try
                {
                    // synchronized region
                }
                finally
                {
                    mutex.ReleaseMutex();
                }
            }
            else
            {
                // some problem happened while waiting
            }

8、Interlocked类是三个静态类型,用于使轻松的言语原子化,例如,i++不是线程安全的,它的操作包涵:从内存中获取两个值,给该值递增一,再将它存款和储蓄回内部存款和储蓄器。全数这个操作都有望被线程调节和测试器打断。

 1 private static readonly object locker = new object();
 2 static void Main(string[] args)
 3 {
 4     var tf = new TaskFactory();
 5     Task t1 = tf.StartNew(TaskMethod, "使用TaskFactory");
 6  
 7     Task t2 = Task.Factory.StartNew(TaskMethod, "使用Task.Factory");
 8  
 9     var t3 = new Task(TaskMethod, "使用Task构造函数并启动");
10     t3.Start();
11  
12     Task t4 = Task.Run(() => { TaskMethod("运行"); });
13  
14     Console.ReadKey();
15 }
16 static void TaskMethod(object title)
17 {
18     lock (locker)
19     {
20         Console.WriteLine(title);
21         Console.WriteLine("任务Id:{0},线程Id:{1}", Task.CurrentId == null ? "no Task" : Task.CurrentId.ToString(), Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
22         Console.WriteLine("是否为线程池线程:{0}", Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread);
23         Console.WriteLine("是否为后台线程:{0}",Thread.CurrentThread.IsBackground);
24         Console.WriteLine();
25     }
26 }

七::Semaphore类

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using System.Threading.Tasks;
 4 
 5 class SharedState
 6 {
 7     private int state;
 8     public int State
 9     {
10         get { return this.state; }
11         set { this.state = value; }
12     }
13 
14     public void Increment()
15     {
16         Interlocked.Increment(ref state); //替代this.state++;并且是线程安全的
17     }
18 }
19 
20 class Worker
21 {
22     SharedState state;
23 
24     public Worker(SharedState state)
25     {
26         this.state = state;
27     }
28 
29     public void DoJob()
30     {
31         for (int i = 0; i < 500; i++)
32         {
33             state.Increment();
34         }
35     }
36 }
37 
38 class Program
39 {
40     static void Main(string[] args)
41     {
42         int numTasks = 20;
43         var state = new SharedState();
44         var tasks = new Task[numTasks];
45         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
46         {
47             tasks[i] = new Task(new Worker(state).DoJob);
48             tasks[i].Start();
49         }
50         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
51         {
52             tasks[i].Wait(); //使20个任务全部处于等待状态,直到所有任务都执行完毕为止
53         }
54         Console.WriteLine("Summarized {0}", state.State);
55     }
56 }

 

 Semaphore相当接近于互斥,其分别在于Semaphore能够而且由八个线程使用。它是1种计数互斥锁定,能够定义允许同时做客受其锁定拥戴的财富的线程个数。它适用于:有那多少个可用财富,且只同意一定数量的线程访问该能源。

 

(2)同步职责

八::Events类

任务不自然要使用线程池中的线程,也足以行使其它线程。

它是1种能够在系统范围内一同财富的措施。

TaskMethod("主线程调用");
var t1 = new Task(TaskMethod,"同步运行");
t1.RunSynchronously();

九::Barrier类

 

它尤其适用于个中办事有诸三个任务分支且之后又须要联合工作的情形。

(三)使用单独线程的义务

十::ReaderWriterLockSlim类

只要职务的代码应该长日子运作,就相应采纳TaskCreationOptions.LongRunning告诉职责调度器创立2个新线程,而不是使用线程池中的线程。

为了使锁定机制允许锁定多个读取器(而不是1个写入器)访问某些财富,能够采用此类。它提供了二个锁定效用,若是未有写入器锁定能源,就同意多少个读取器访问能源,但不得不有三个写入器锁定该能源。

var t1 = new Task(TaskMethod, "长时间运行任务", TaskCreationOptions.LongRunning);
t1.Start();

 

 

 

贰、Future——职务的结果

 

义务完成时,它能够把壹些立竿见影的情状音讯写到共享对象中,那一个共享对象必须是线程安全的。另1个选项是行使重临某个结果的天职,如Future它是Task类的1个泛型版本,使用这些类时,能够定义职责回到的结果的品种。

var t1 = new Task<Tuple<int, int>>(TaskWithResult, Tuple.Create<int, int>(10, 5));
t1.Start();
Console.WriteLine(t1.Result);
t1.Wait();
Console.WriteLine("任务结果:{0} {1}",t1.Result.Item1, t1.Result.Item2);

 

三、延续的天职

经过任务,能够钦命在任务到位后,应初阶运行另三个特定职责。

Task t1 = new Task(DoOnFirst);
t1.Start();
Task t2 = t1.ContinueWith(DoOnSecond);
Task t3 = t1.ContinueWith(DoOnSecond);
Task t4 = t2.ContinueWith(DoOnSecond);
Task t5 = t3.ContinueWith(DoOnSecond, TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);//第二个参数指t3在失败的情况下运行t5

 

四、任务层次结构

职务也足以组合2个层次结构。2个任务运维一个新义务时,就开发银行了1个父/子层次结构。

 1 static void Main(string[] args)
 2 {
 3     var parent = new Task(ParentTask);
 4     parent.Start();
 5     Thread.Sleep(2000);
 6     Console.WriteLine(parent.Status);
 7     Thread.Sleep(4000);
 8     Console.WriteLine(parent.Status);
 9     Console.ReadKey();
10 }
11 static void ParentTask()
12 {
13     Console.WriteLine("任务Id:"+Task.CurrentId);
14     var child = new Task(ChildTask);
15     child.Start();
16     Thread.Sleep(1000);
17     Console.WriteLine("父级子任务已开始运行");
18 }
19 static void ChildTask()
20 {
21     Console.WriteLine("子任务开始");
22     Thread.Sleep(5000);
23     Console.WriteLine("子任务结束");
24 }

 

 

(四)撤销架构

.NET肆.5包括贰个撤废架构,允许以正规化措施收回长日子运作的职责。撤除架构基于合营行为,它不是强制的。长日子运作的职分会检讨它是否被打消,并赶回调控权。匡助撤消的主意接受多个CancellationToken参考。

 

一、Parallel.For()方法的打消

 1 var cts = new CancellationTokenSource();
 2 cts.Token.Register(() => Console.WriteLine("*** token canceled"));
 3 
 4  
 5 //在500毫秒以后发送取消指令
 6 cts.CancelAfter(500);
 7 try
 8 {
 9     var result = Parallel.For(0, 100, new ParallelOptions() { CancellationToken = cts.Token, }, x =>
10     {
11         Console.WriteLine("{0}次循环开始", x)
12         int sum = 0;
13         for (int i = 0; i < 100; i++)
14         {
15             Thread.Sleep(2);
16             sum += i;
17         }
18         Console.WriteLine("{0}次循环结束", x);
19     });
20 }
21 catch (OperationCanceledException ex)
22 {
23     Console.WriteLine(ex.Message);
24 }

使用.NET4.5中的3个新办法CancelAfter,在500阿秒后撤消标识。在For()循环的贯彻代码内部,Parallel类验证CanceledToken的结果,并撤回操作。壹旦撤消操作,For()方法就抛出3个OperationCanceledException类型的老大。

 

2、职责的撤销

同样的撤消情势也得以用来职分。

 1 var cts = new CancellationTokenSource();
 2 cts.Token.Register(() => Console.WriteLine("*** token canceled"));
 3 
 4 //在500毫秒以后发送取消指令
 5 cts.CancelAfter(500);
 6  
 7 Task t1 = Task.Run(()=> {
 8     Console.WriteLine("任务进行中...");
 9     for (int i = 0; i < 20; i++)
10     {
11         Thread.Sleep(100);
12         CancellationToken token = cts.Token;
13         if (token.IsCancellationRequested)
14         {
15             Console.WriteLine("已发送取消请求,取消请求来自当前任务");
16             token.ThrowIfCancellationRequested();
17             break;
18         }
19         Console.WriteLine("循环中...");
20     }
21     Console.WriteLine("任务结束没有取消");
22 });
23 try
24 {
25     t1.Wait();
26 }
27 catch (AggregateException ex)
28 {
29     Console.WriteLine("异常:{0}, {1}",ex.GetType().Name,ex.Message);
30     foreach (var innerException in ex.InnerExceptions)
31     {
32         Console.WriteLine("异常:{0}, {1}", ex.InnerException.GetType().Name, ex.InnerException.Message);
33     }
34 }

 

 

(五)线程池

int nWorkerThreads;
int nCompletionPortThreads;
ThreadPool.GetMaxThreads(out nWorkerThreads, out nCompletionPortThreads);
Console.WriteLine("线程池中辅助线程的最大数目:{0}, 线程池中异步 I/O 线程的最大数目:{1}",nWorkerThreads,nCompletionPortThreads);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(JobForAThread);
}
Thread.Sleep(3000);

须要专注的是:线程池中的全体线程都未来台线程,不可设置线程优先级、名称,随着前台线程的终结而终止,只适用于短期职责。

 

(六)Thread类

该类允许成立前台线程,以及安装线程的先行级。

 

壹、给线程传递数据

static void Main(string[] args)
{
    var t2 = new Thread(ThreadMainWithParameter);
    t2.Start("参数字符串");

    Console.ReadKey();
}
static void ThreadMainWithParameter(object message)
{
    Console.WriteLine("运行主线程,接受参数:" + message.ToString());
}

即便使用了ParameterizedThreadStart委托,线程的入口点必须有四个object类型的参数,且重返类型为void。

 

二、后台线程

倘若有3个前台线程在运行,应用程序的经过就在运营。即便四个前台线程在运营,而Main()方法停止了,应用程序的长河就依然是激活的,直到全部前台线程实现其职务达成。

暗中同意情状下,用Thread类创立的线程是前台线程,线程池中的线程是后台线程。Thread类成立线程时,能够安装IsBackground属性来规定创设前台如故后台线程。

static void Main(string[] args)
{
    var t1 = new Thread(ThreadMain) { Name = "MyNewThread", IsBackground = false };
    t1.Start();
    Console.WriteLine("主线程现在结束");
    Console.ReadKey();
}


private static void ThreadMain()
{
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+"线程开始运行");
    Thread.Sleep(3000);
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+"线程结束");
}

在通过Thread类成立线程的时候,设置IsBackground属性为false,也正是创设三个前台线程。那种情形下在主线程结束时,t壹不会终止。但即使将IsBackground设置为true,则会趁机主线程的甘休而终止。

 

叁、线程的先行级

给线程钦点优先级,就足以影响系统对线程的调度顺序。在Thread类中,能够设置Priority属性,以震慑线程的中坚优先级。

 

4、调节线程

读取Tread的ThreadState属性,能够获得线程的场馆。

Thread的Start()方法创制线程,线程状态为UnStarted;

线程调度器选择运营后,线程转台改换为Running;

Thread.Sleep()方法会使线程处于WaitSleepJoin;

Thread类的Abort()方法,触发ThreadAbortException类型的老大,线程状态会形成AbortedRequested,要是未有复位终止则造成Aborted;

Thread.ResetAbort()方法能够让线程在触发ThreadAbortException万分后继续运营;

Thread类的Join()会停下当前线程,等待进入的线程达成得了,此时线程状态为WaitSleepJoin。

 

 

(柒)线程难点

1、争用标准

一旦三个或五个线程访问同壹的对象,并且对共享状态的访问尚未一并,就会冒出争用口径。要制止该难题,能够锁定共享对象。那能够通过lock语句锁定在线程中国共产党享的state变量。

private static readonly object locker = new object();

public void ChnageI(int i)
{
    lock (locker)
    {
        if (i == 0)
        {
            i++;
            Console.WriteLine(i == 1);
        }
        i = 0;
    }
}

 

2、死锁

出于八个线程都在等待对方,就涌出了死锁,线程将无线等待下去。为了制止那些主题素材,能够在应用程序的系统架构中,从一开端就规划好锁定的相继,也足感到锁定定义超时时间。

 

 

(八)同步

共享数据必须选择同步本领,确定保障3次只有2个线程访问和改变共享状态。能够动用lock语句、Interlocked类和Monitor类进行进度之中的同台。Mutex类、伊夫nt类、SemaphoreSlim类和ReaderWriterLockSlim类提供了七个进度之间的线程同步。

 

壹、lock语句和线程安全

lock语句是安装锁定和消除锁定的壹种简易方法。

在平昔不应用lock语句的地方下,多个线程操作共享数据,最后得到的结果尚未一个会不错。

 1 class Program
 2 {
 3     static void Main(string[] args)
 4     {
 5         for (int j = 0; j < 5; j++)
 6         {
 7             int numTasks = 20;
 8             var state = new SharedState();
 9             var tasks = new Task[numTasks];
10             for (int i = 0; i < numTasks; i++)
11             {
12                 tasks[i] = Task.Run(() => { new Job(state).DoTheJob(); });
13             }
14  
15             for (int i = 0; i < numTasks; i++)
16             {
17                 tasks[i].Wait();
18             }
19             Console.WriteLine("最后结果:{0}", state.State);
20         }
21         Console.ReadKey();
22     }
23 }
24 
25 public class SharedState
26 {
27     public int State { get; set; }
28 }
29 
30 public class Job
31 {
32     SharedState sharedState;
33     public Job(SharedState sharedState)
34     {
35         this.sharedState = sharedState;
36     }
37     public void DoTheJob()
38     {
39         for (int i = 0; i < 50000; i++)
40         {
41             sharedState.State += 1;
42         }
43     }
44 }

动用lock语句,修改DoTheJob()方法,以后能力赚取正确的结果。

private readonly object syncRoot = new object();

public void DoTheJob()
{
    for (int i = 0; i < 50000; i++)
    {
        lock (syncRoot)
        {
            sharedState.State += 1;
        }
    }
}

 

2、Interlocked类

Interlocked类用于使变量的粗略语句原子化。

public int State
{
    get
    {
        lock (this)
        {
            return ++state;
        }
    }
}

public int State
{
    get
    {
        return Interlocked.Increment(ref state);
    }
}

行使Interlocked类可以越来越快。

 

3、Monitor类

lock语句由C#编写翻译器解析为使用Monitor类。

lock (syncRoot)
{
    //代码
}
//C#编译器将lock语句解析为
Monitor.Enter(syncRoot);
try
{
    //代码
}
finally
{
    Monitor.Exit(syncRoot);
}

Monitor类相对于lock语句的亮点是:可以通过调用TryEnter()方法增添1个守候被锁定的超时值。

bool lockTaken = false;
Monitor.TryEnter(syncRoot, 1000, ref lockTaken);
if (lockTaken)
{
    //获取锁后操作
    try
    {
        //代码
    }
    finally
    {
        Monitor.Exit(syncRoot);
    }
}
else
{
    //没有获取锁的操作
}

 

4、SpinLock结构

相对于Monitor垃圾回收导致过高的种类开采,使用SpinLock结构就能管用下降系统开拓。SpinLock的运用办法与Monitor万分相似,但因为SpinLock是组织所以在把变量赋值为另1个变量会创制三个别本。

 

5、WaitHandle基类

WaitHandle是三个浮泛基类,用于等待3个数字信号的装置。能够等待分裂的时限信号,因为WaitHandle是三个基类,能够从中派生一些类。

 

6、Mutex类

Mutex(mutual exclusion,互斥)是.NET
Framework中提供跨八个线程同步访问的2个类。

在Mutex类的构造函数中,可以钦点互斥是还是不是最初由主调线程具有,定义互斥的称呼,得到互斥是还是不是留存的音信。

bool createdNew;
var mutex = new Mutex(false, "MyMutex", out createdNew);

系统能够辨认盛名称的排斥,能够使用它来禁止应用程序运转四遍。

bool createdNew;
var mutex = new Mutex(false, "MyMutex", out createdNew);
if (!createdNew)
{
    Console.WriteLine("每次只能启动一个应用程序");
    Environment.Exit(0);
}
Console.WriteLine("运行中...");

 

7、Semaphore类

复信号量是一种计数的互斥锁。假使急需限制能够访问可用财富的线程数,时域信号量就很有用。

.NET四.伍为非确定性信号量成效提供了多少个类Semaphore和SemaphoreSlim。Semaphore类能够命名,使用系统范围内的能源,允许在分歧进度之间联合。SemaphoreSlim类是对较短等待时间打开了优化的轻型版本。

 1 static void Main(string[] args)
 2 {
 3     int taskCount = 6;
 4     int semaphoreCount = 3;
 5     var semaphore = new SemaphoreSlim(semaphoreCount, semaphoreCount);
 6     var tasks = new Task[taskCount];
 7 
 8  
 9     for (int i = 0; i < taskCount; i++)
10     {
11         tasks[i] = Task.Run(() =>
12         {
13             TaskMain(semaphore);
14         });
15     }
16 
17     Task.WaitAll(tasks);
18  
19     Console.WriteLine("所有任务已结束");
20     Console.ReadKey();
21 }
22 
23  
24 private static void TaskMain(SemaphoreSlim semaphore)
25 {
26     bool isCompleted = false;
27     while (!isCompleted)
28     {
29         if (semaphore.Wait(600))
30         {
31             try
32             {
33                 Console.WriteLine("任务{0}锁定了信号", Task.CurrentId);
34                 Thread.Sleep(2000);
35             }
36             finally
37             {
38                 Console.WriteLine("任务{0}释放了信号", Task.CurrentId);
39                 semaphore.Release();
40                 isCompleted = true;
41             }
42         }
43         else
44         {
45             Console.WriteLine("任务{0}超时,等待再次执行", Task.CurrentId);
46         }
47     }
48 }

 

8、Events类

与排斥和功率信号量对象同样,事件也是贰个体系范围内的能源共同方法。为了从托管代码中选择系统事件,.NET
Framework在System.Threading名称空间中提供了马努alReset伊夫nt、AutoReset伊夫nt、马努alReset伊芙ntSlim和Countdown伊夫nt类。

C#中event关键字与那里的event类未有其余关系。

 

9、Barrier类

对于联合,巴里r类非凡适用于当中办事有多少个职务分支且之后又须求联合职业的情状。

 

10、ReaderWriterLockSlim类

为了使锁定机制允许锁定五个读取器访问某些财富,能够采纳ReaderWriterLockSlim类。

 

(九)Timer类

.NET
Framework提供了多少个Timer类,用于在有个别时刻间隔后调用某些方法。System.Threading.Timer、System.Timers.Timer、System.WIndows.Forms.Timer、System.Web.UI.Timer和System.Windows.Threading.Timer。

 

(十)数据流

Parallel类、Task类和Parallel
LINQ为数量并行性提供了大多扶持。不过,那些类不可能直接帮助数据流的处理,以及互动调换数据。这种情形下,使用System.Threading.Tasks.Dataflow名称空间中的相关类来处理。

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