多线程编程学习笔记——线程同步（一）

接上文 多线程编程学习笔记-基础（一）

接上文 多线程编程学习笔记-基础（二）

接上文 多线程编程学习笔记-基础（三）

      就如上一篇文章（多线程编程学习笔记-基础（三））中的示例代码十，一样如果多线程使用共享变量，就会涉及到一个线程同步的问题。那如何解决呢？

    方法有三：

1）        重构程序，移除多线程的共享变量，让一个线程只访问一个自有变量

2）        使用原子操作，一个操作只占用一个量子时间，一次完成，只有当当前操作完成之后，其他线程才能进行操作。这样可以避免使用独占锁，避免死锁。

3）        通过NET构架提供的Mutex、AutoRestEvent、CountDownEven、SpinWait等类，来进行线程间的同步。

 

一、使用InterLocked类

        在上一篇文章中，我们使用lock来解决多线程访问带来的问，而在这里我们使用InterLocked类提供的原子操作，从而帮助我们不需要使用lock锁来锁定，以免造成死锁。

       接下来我们改造一下上一篇文章中的代码，代码如下。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading; //引入线程
using System.Diagnostics;
 

namespace ThreadSynchronousDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("开始，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 = "线程1"; 

            //启动线程
            t.Start();
            t2.Name = "线程2";
            t2.Start();
 

            t3.Name = "线程3";
            t3.Start();
            t.Join();
            t2.Join();
            t3.Join();
            Console.WriteLine(string.Format("没有加锁的多线程总计：{0}", c.Count));
            Console.WriteLine("----------------------------");
            var c1 = new CounterInterLocked();
            var t4 = new Thread(() => Count(c1));
            t4.Name = "线程4";
 

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

            t6.Name = "线程6";
            t4.Start();
            t5.Start();
            t6.Start();
            t4.Join();
            t5.Join();
            t6.Join();
            Console.WriteLine(string.Format("InterLocked的多线程总计：{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);
        }
    }
}

此程序运行结果如下图，跟上一篇中的示例十，结果是一样的。只是代码上的区别。

 

 

二、使用Mutex类

1. 接下来我们来学习使用Mutex类来实现线程间的同步问题。

2. 在程序启动时，设置InitialOwner为false，这表示如果互斥量已经建立，则允许程序获取互斥量。如果没有互斥量，则程序直接运行，等待接收任意键，然后释放互斥量。

3.代码如下： 

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading; //引入线程
using System.Diagnostics;

namespace ThreadSynchronousDemo
{
    class Program
    {
        const string mutexName = "syncMutex";
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("开始，Mutex 同步");
            using (var mut=new Mutex(false,mutexName))
            {
                if (!mut.WaitOne(TimeSpan.FromSeconds(5),false))
                {
                    Console.WriteLine("等待5秒之后运行。。。。");
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine("正在运行。。。。，请输入任意键");
                    Console.ReadLine();
                    mut.ReleaseMutex();
                    Console.WriteLine("释放互斥量");

                }
            }         

            Console.Read();

        }
    }
}

 

4.运行结果如下图。

 

        在debug目录下，先运行主程序，如上图中1，则程序1正常运行，此时如果再次打开Debug目录下的应用主程序，则运行结果如上图中2。说明互斥量起作用了。

5.先在上图主程序1中输入k，然后回车，结果如下图中3。我们从Debug目录下，再次打开应用程序，则应用程序的运行结果如下图中4。说明主程序1，已经把互斥量释放。

 

       注意：具名互斥量是全局的操作系统对象。请务必正确关闭互斥量。最好使用using来包裹互斥量代码。这种方式可以在不同程序中同步线程。

 

三、使用SemaphoreSlim类

       SemaphoreSlim是Semaphore类的一个轻量级版本。此类限制了同时访问同一资源的线程数量。

        在.net中，类Semaphore封装了CLR中的内核同步对象。与标准的排他锁对象（Monitor，Mutex，SpinLock）不同的是，它不是一个排他的锁对象，它与SemaphoreSlim，ReaderWriteLock等一样允许多个有限的线程同时访问共享内存资源。

        Semaphore就好像一个栅栏，有一定的容量，当里面的线程数量到达设置的最大值时候，就没有线程可以进去。然后，如果一个线程工作完成以后出来了，那下一个线程就可以进去了。Semaphore的WaitOne或Release等操作分别将自动地递减或者递增信号量的当前计数值。当线程试图对计数值已经为0的信号量执行WaitOne操作时，线程将阻塞直到计数值大于0。在构造Semaphore时，最少需要2个参数。信号量的初始容量和最大的容量。

 1.程序代码

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading; //引入线程
using System.Diagnostics; 

namespace ThreadSynchronousDemo
{
    class Program
    {
        static SemaphoreSlim semapSlim = new SemaphoreSlim(5);
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("开始，SemaphoreSlim 同步");
            for (int i = 1; i < 9; i++)
            {
                string threadName = "线程 " + 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} 等待访问数据库", name);
            semapSlim.Wait();
            Console.WriteLine("{0} 被授予对数据库的访问权限", name);
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
            Console.WriteLine("{0} 完成了", name);
            semapSlim.Release();          

        }
    }
}

2.程序运行结果如下图。

 

       当程序启动时，创建了一个SemaphoreSlim对象，并在构造函数中指定了并发的线程数量，然后启动了10个不同名称，不同初始运行时间的线程。

        每个线程都尝试获取数据库访问权限，但是我们使用SemaphoreSlim对象做了限制，只有5个线程能同时访问数据库，当前5个线程获取了数据库访问权限之后，剩下的5个线程只能等待，直到有线程完成工作，并调用Semaphore的Release方法。