C#多线程之基础篇3

　　在上一篇C#多线程之基础篇2中，我们主要讲述了确定线程的状态、线程优先级、前台线程和后台线程以及向线程传递参数的知识，在这一篇中我们将讲述如何使用C#的lock关键字锁定线程、使用Monitor锁定线程以及线程中的异常处理。

九、使用C#的lock关键字锁定线程

1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。

2、双击打开“Program.cs”文件，然后修改为如下代码：

using System;
using System.Threading;
using static System.Console;

namespace Recipe09
{
    abstract class CounterBase
    {
        public abstract void Increment();
        public abstract void Decrement();
    }

    class Counter : CounterBase
    {
        public int Count { get; private set; }

        public override void Increment()
        {
            Count++;
        }

        public override void Decrement()
        {
            Count--;
        }
    }

    class CounterWithLock : CounterBase
    {
        private readonly object syncRoot = new Object();

        public int Count { get; private set; }

        public override void Increment()
        {
            lock (syncRoot)
            {
                Count++;
            }
        }

        public override void Decrement()
        {
            lock (syncRoot)
            {
                Count--;
            }
        }
    }

    class Program
    {
        static void TestCounter(CounterBase c)
        {
            for (int i = 0; i < 100000; i++)
            {
                c.Increment();
                c.Decrement();
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            WriteLine("Incorrect counter");
            var c1 = new Counter();
            var t1 = new Thread(() => TestCounter(c1));
            var t2 = new Thread(() => TestCounter(c1));
            var t3 = new Thread(() => TestCounter(c1));
            t1.Start();
            t2.Start();
            t3.Start();
            t1.Join();
            t2.Join();
            t3.Join();
            WriteLine($"Total count: {c1.Count}");

            WriteLine("--------------------------");

            WriteLine("Correct counter");
            var c2 = new CounterWithLock();
            t1 = new Thread(() => TestCounter(c2));
            t2 = new Thread(() => TestCounter(c2));
            t3 = new Thread(() => TestCounter(c2));
            t1.Start();
            t2.Start();
            t3.Start();
            t1.Join();
            t2.Join();
            t3.Join();
            WriteLine($"Total count: {c2.Count}");
        }
    }
}

3、运行该控制台应用程序，运行效果（每次运行效果可能不同）如下图所示：

　　在第65行代码处，我们创建了Counter类的一个对象，该类定义了一个简单的counter变量，该变量可以自增1和自减1。然后在第66~68行代码处，我们创建了三个线程，并利用lambda表达式将Counter对象传递给了“TestCounter”方法，这三个线程共享同一个counter变量，并且对这个变量进行自增和自减操作，这将导致结果的不正确。如果我们多次运行这个控制台程序，它将打印出不同的counter值，有可能是0，但大多数情况下不是。

　　发生这种情况是因为Counter类是非线程安全的。我们假设第一个线程在第57行代码处执行完毕后，还没有执行第58行代码时，第二个线程也执行了第57行代码，这个时候counter的变量值自增了2次，然后，这两个线程同时执行了第58行处的代码，这会造成counter的变量只自减了1次，因此，造成了不正确的结果。

　　为了确保不发生上述不正确的情况，我们必须保证在某一个线程访问counter变量时，另外所有的线程必须等待其执行完毕才能继续访问，我们可以使用lock关键字来完成这个功能。如果我们在某个线程中锁定一个对象，其他所有线程必须等到该线程解锁之后才能访问到这个对象，因此，可以避免上述情况的发生。但是要注意的是，使用这种方式会严重影响程序的性能。更好的方式我们将会在仙童同步中讲述。

十、使用Monitor锁定线程

 　　在这一小节中，我们将描述一个多线程编程中的常见的一个问题：死锁。我们首先创建一个死锁的示例，然后使用Monitor避免死锁的发生。

1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。

2、双击打开“Program.cs”文件，编写代码如下：

using System;
using System.Threading;
using static System.Console;
using static System.Threading.Thread;

namespace Recipe10
{
    class Program
    {
        static void LockTooMuch(object lock1, object lock2)
        {
            lock (lock1)
            {
                Sleep(1000);
                lock (lock2)
                {
                }
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            object lock1 = new object();
            object lock2 = new object();

            new Thread(() => LockTooMuch(lock1, lock2)).Start();

            lock (lock2)
            {
                WriteLine("This will be a deadlock!");
                Sleep(1000);
                lock (lock1)
                {
                    WriteLine("Acquired a protected resource succesfully");
                }
            }
        }
    }
}

3、运行该控制台应用程序，运行效果如下图所示：

　　在上述结果中我们可以看到程序发生了死锁，程序一直结束不了。

　　在第10~19行代码处，我们定义了一个名为“LockTooMuch”的方法，在该方法中我们锁定了第一个对象lock1，等待1秒钟后，希望锁定第二个对象lock2。

　　在第26行代码处，我们创建了一个新的线程来执行“LockTooMuch”方法，然后立即执行第28行代码。

　　在第28~32行代码处，我们在主线程中锁定了对象lock2，然后等待1秒钟后，希望锁定第一个对象lock1。

　　在创建的新线程中我们锁定了对象lock1，等待1秒钟，希望锁定对象lock2，而这个时候对象lock2已经被主线程锁定，所以新建线程会等待对象lock2被主线程解锁。然而，在主线程中，我们锁定了对象lock2，等待1秒钟，希望锁定对象lock1，而这个时候对象lock1已经被创建的线程锁定，所以主线程会等待对象lock1被创建的线程解锁。当发生这种情况的时候，死锁就发生了，所以我们的控制台应用程序目前无法正常结束。

4、要避免死锁的发生，我们可以使用“Monitor.TryEnter”方法来替换lock关键字，“Monitor.TryEnter”方法在请求不到资源时不会阻塞等待，可以设置超时时间，获取不到直接返回false。修改代码如下所示：

using System;
using System.Threading;
using static System.Console;
using static System.Threading.Thread;

namespace Recipe10
{
    class Program
    {
        static void LockTooMuch(object lock1, object lock2)
        {
            lock (lock1)
            {
                Sleep(1000);
                lock (lock2)
                {
                }
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            object lock1 = new object();
            object lock2 = new object();

            new Thread(() => LockTooMuch(lock1, lock2)).Start();

            lock (lock2)
            {
                WriteLine("This will be a deadlock!");
                Sleep(1000);
                //lock (lock1)
                //{
                //    WriteLine("Acquired a protected resource succesfully");
                //}
                if (Monitor.TryEnter(lock1, TimeSpan.FromSeconds(5)))
                {
                    WriteLine("Acquired a protected resource succesfully");
                }
                else
                {
                    WriteLine("Timeout acquiring a resource!");
                }
            }
        }
    }
}

5、运行该控制台应用程序，运行效果如下图所示：

　　此时，我们的控制台应用程序就避免了死锁的发生。

十一、处理异常

 　　在这一小节中，我们讲述如何在线程中正确地处理异常。正确地将try/catch块放置在线程内部是非常重要的，因为在线程外部捕获线程内部的异常通常是不可能的。

1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。

2、双击打开“Program.cs”文件，修改代码如下所示：

using System;
using System.Threading;
using static System.Console;
using static System.Threading.Thread;

namespace Recipe11
{
    class Program
    {
        static void BadFaultyThread()
        {
            WriteLine("Starting a faulty thread...");
            Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
            throw new Exception("Boom!");
        }

        static void FaultyThread()
        {
            try
            {
                WriteLine("Starting a faulty thread...");
                Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                throw new Exception("Boom!");
            }
            catch(Exception ex)
            {
                WriteLine($"Exception handled: {ex.Message}");
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            var t = new Thread(FaultyThread);
            t.Start();
            t.Join();

            try
            {
                t = new Thread(BadFaultyThread);
                t.Start();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                WriteLine(ex.Message);
                WriteLine("We won't get here!");
            }
        }
    }
}

3、运行该控制台应用程序，运行效果如下图所示：

　　在第10~15行代码处，我们定义了一个名为“BadFaultyThread”的方法，在该方法中抛出一个异常，并且没有使用try/catch块捕获该异常。

　　在第17~29行代码处，我们定义了一个名为“FaultyThread”的方法，在该方法中也抛出一个异常，但是我们使用了try/catch块捕获了该异常。

　　在第33~35行代码处，我们创建了一个线程，在该线程中执行了“FaultyThread”方法，我们可以看到在这个新创建的线程中，我们正确地捕获了在“FaultyThread”方法中抛出的异常。

　　在第37~46行代码处，我们又新创建了一个线程，在该线程中执行了“BadFaultyThread”方法，并且在主线程中使用try/catch块来捕获在新创建的线程中抛出的异常，不幸的的是我们在主线程中无法捕获在新线程中抛出的异常。

　　由此可以看到，在一个线程中捕获另一个线程中的异常通常是不可行的。

　　至此，多线程（基础篇）我们就讲述到这儿，之后我们将讲述线程同步相关的知识，敬请期待！

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