五、互斥对象——更加灵活的同步方式
有时候你会觉得上面介绍的方法好像不够用，对，我们解决了代码和资源的同步问题，解决了多线程自动化管理和定时触发的问题，但是如何控制多个线程相互之间的联系呢？例如我要到餐厅吃饭，在吃饭之前我先得等待厨师把饭菜做好，之后我开始吃饭，吃完我还得付款，付款方式可以是现金，也可以是信用卡，付款之后我才能离开。分析一下这个过程，我吃饭可以看作是主线程，厨师做饭又是一个线程，服务员用信用卡收款和收现金可以看作另外两个线程，大家可以很清楚地看到其中的关系——我吃饭必须等待厨师做饭，然后等待两个收款线程之中任意一个的完成，然后我吃饭这个线程可以执行离开这个步骤，于是我吃饭才算结束了。事实上，现实中有着比这更复杂的联系，我们怎样才能很好地控制它们而不产生冲突和重复呢？
这种情况下，我们需要用到互斥对象，即System.Threading命名空间中的Mutex类。大家一定坐过出租车吧，事实上我们可以把Mutex看作一个出租车，那么乘客就是线程了，乘客首先得等车，然后上车，最后下车，当一个乘客在车上时，其他乘客就只有等他下车以后才可以上车。而线程与Mutex对象的关系也正是如此，线程使用Mutex.WaitOne()方法等待Mutex对象被释放，如果它等待的Mutex对象被释放了，它就自动拥有这个对象，直到它调用Mutex.ReleaseMutex()方法释放这个对象，而在此期间，其他想要获取这个Mutex对象的线程都只有等待。
下面这个例子使用了Mutex对象来同步四个线程，主线程等待四个线程的结束，而这四个线程的运行又是与两个Mutex对象相关联的。其中还用到AutoResetEvent类的对象，如同上面提到的ManualResetEvent对象一样，大家可以把它简单地理解为一个信号灯，使用AutoResetEvent.Set()方法可以设置它为有信号状态，而使用AutoResetEvent.Reset()方法把它设置为无信号状态。这里用它的有信号状态来表示一个线程的结束。
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// Mutex.cs
using System;
using System.Threading;
public class MutexSample
{
static Mutex gM1;
static Mutex gM2;
const int ITERS = 100;
static AutoResetEvent Event1 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent Event2 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent Event3 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent Event4 = new AutoResetEvent(false);
public static void Main(String[] args)
{
Console.WriteLine("Mutex Sample ...");
//创建一个Mutex对象，并且命名为MyMutex
gM1 = new Mutex(true,"MyMutex");
//创建一个未命名的Mutex 对象.
gM2 = new Mutex(true);
Console.WriteLine(" - Main Owns gM1 and gM2");
AutoResetEvent[] evs = new AutoResetEvent[4];
evs[0] = Event1; file://为后面的线程t1,t2,t3,t4定义AutoResetEvent对象
evs[1] = Event2;
evs[2] = Event3;
evs[3] = Event4;
MutexSample tm = new MutexSample( );
Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(tm.t1Start));
Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(tm.t2Start));
Thread t3 = new Thread(new ThreadStart(tm.t3Start));
Thread t4 = new Thread(new ThreadStart(tm.t4Start));
t1.Start( );// 使用Mutex.WaitAll()方法等待一个Mutex数组中的对象全部被释放
t2.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM1的释放
t3.Start( );// 使用Mutex.WaitAny()方法等待一个Mutex数组中任意一个对象被释放
t4.Start( );// 使用Mutex.WaitOne()方法等待gM2的释放
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine(" - Main releases gM1");
gM1.ReleaseMutex( ); file://线程t2,t3结束条件满足
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine(" - Main releases gM2");
gM2.ReleaseMutex( ); file://线程t1,t4结束条件满足
//等待所有四个线程结束
WaitHandle.WaitAll(evs);
Console.WriteLine("... Mutex Sample");
Console.ReadLine();
}
public void t1Start( )
{
Console.WriteLine("t1Start started, Mutex.WaitAll(Mutex[])");
Mutex[] gMs = new Mutex[2];
gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAll()方法的参数
gMs[1] = gM2;
Mutex.WaitAll(gMs);//等待gM1和gM2都被释放
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("t1Start finished, Mutex.WaitAll(Mutex[]) satisfied");
Event1.Set( ); file://线程结束，将Event1设置为有信号状态
}
public void t2Start( )
{
Console.WriteLine("t2Start started, gM1.WaitOne( )");
gM1.WaitOne( );//等待gM1的释放
Console.WriteLine("t2Start finished, gM1.WaitOne( ) satisfied");
Event2.Set( );//线程结束，将Event2设置为有信号状态
}
public void t3Start( )
{
Console.WriteLine("t3Start started, Mutex.WaitAny(Mutex[])");
Mutex[] gMs = new Mutex[2];
gMs[0] = gM1;//创建一个Mutex数组作为Mutex.WaitAny()方法的参数
gMs[1] = gM2;
Mutex.WaitAny(gMs);//等待数组中任意一个Mutex对象被释放
Console.WriteLine("t3Start finished, Mutex.WaitAny(Mutex[])");
Event3.Set( );//线程结束，将Event3设置为有信号状态
}
public void t4Start( )
{
Console.WriteLine("t4Start started, gM2.WaitOne( )");
gM2.WaitOne( );//等待gM2被释放
Console.WriteLine("t4Start finished, gM2.WaitOne( )");
Event4.Set( );//线程结束，将Event4设置为有信号状态
}
}
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下面是该程序的执行结果：
从执行结果可以很清楚地看到，线程t2,t3的运行是以gM1的释放为条件的，而t4在gM2释放后开始执行，t1则在gM1和gM2都被释放了之后才执行。Main()函数最后，使用WaitHandle等待所有的AutoResetEvent对象的信号，这些对象的信号代表相应线程的结束。
六、小结
多线程程序设计是一个庞大的主题，而本文试图在.net Framework环境下，使用最新的C#语言来描述多线程程序的概貌。希望本文能有助于大家理解线程这种概念，理解多线程的用途，理解它的C#实现方法，理解线程将为我们带来的好处和麻烦。C#是一种新的语言，因此它的线程机制也有许多独特的地方，希望大家能通过本文清楚地看到这些，从而可以对线程进行更深入的理解和探索。