C#多线程之线程同步
一、前言
我们先来看下面一个例子：
using System;
using System.Threading;
namespace ThreadSynchDemo
{
class Program
{
private static int Counter = 0;
static void Main(string[] args)
{
Thread t1 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
Counter++;
Thread.Sleep(1);
}
});
t1.Start();
Thread t2 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
Counter++;
Thread.Sleep(1);
}
});
t2.Start();
Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine(Counter);
Console.ReadKey();
}
}
}
我们猜想一下程序的输出结果是多少？2000？我们运行程序看一下输出结果：
我们看到，程序最后输出的结果跟我们预测的完全不一样，这是什么原因呢？这就是由线程同步引起的问题。
线程同步问题：是解决多个线程同时操作一个资源的问题。
在上面的例子中，t1和t2两个线程里面都是让变量Counter的值自增1，假设这时t1线程读取到Counter的值为200，可能t2线程执行非常快，t1线程读取Counter值的时候，t2线程已经把Counter的值改为了205，等t1线程执行完毕以后，Counter的值又被变为了201，这样就会出现线程同步的问题了。那么该如何解决这个问题呢？
二、解决线程同步问题
1、lock
解决线程同步问题最简单的是使用lock。lock可以解决多个线程同时操作一个资源引起的问题。lock是C#中的关键字，它要锁定一个资源，lock的特点是：同一时刻只能有一个线程进入lock的对象的范围，其它lock的线程都要等待。我们看下面优化后的代码：
using System;
using System.Threading;
namespace ThreadSynchDemo
{
class Program
{
private static int Counter = 0;
// 定义一个locker对象
private static Object locker = new Object();
static void Main(string[] args)
{
#region 存在线程同步问题
//Thread t1 = new Thread(() => {
// for (int i = 0; i < 1000; i++)
// {
// Counter++;
// Thread.Sleep(1);
// }
//});
//t1.Start();
//Thread t2 = new Thread(() => {
// for (int i = 0; i < 1000; i++)
// {
// Counter++;
// Thread.Sleep(1);
// }
//});
//t2.Start();
#endregion
#region 使用Lock解决线程同步问题
Thread t1 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
lock(locker)
{
Counter++;
}
Thread.Sleep(1);
}
});
t1.Start();
Thread t2 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
lock (locker)
{
Counter++;
}
Thread.Sleep(1);
}
});
t2.Start();
#endregion
Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine(Counter);
Console.ReadKey();
}
}
}
这时我们在运行程序，查看输出结果：
这时输出结果是正确的。
注意：lock只能锁住同一个对象，如果是不同的对象，还是会有线程同步的问题。lock锁定的对象必须是引用类型的对象。
我们在定义一个Object类型的对象，lock分别锁住两个对象，看看是什么结果：
using System;
using System.Threading;
namespace ThreadSynchDemo
{
class Program
{
private static int Counter = 0;
// 定义一个locker对象
private static Object locker = new Object();
// 定义locker2
private static Object locker2 = new Object();
static void Main(string[] args)
{
#region 存在线程同步问题
//Thread t1 = new Thread(() => {
// for (int i = 0; i < 1000; i++)
// {
// Counter++;
// Thread.Sleep(1);
// }
//});
//t1.Start();
//Thread t2 = new Thread(() => {
// for (int i = 0; i < 1000; i++)
// {
// Counter++;
// Thread.Sleep(1);
// }
//});
//t2.Start();
#endregion
#region 使用Lock解决线程同步问题
//Thread t1 = new Thread(() => {
// for (int i = 0; i < 1000; i++)
// {
// lock(locker)
// {
// Counter++;
// }
// Thread.Sleep(1);
// }
//});
//t1.Start();
//Thread t2 = new Thread(() => {
// for (int i = 0; i < 1000; i++)
// {
// lock (locker)
// {
// Counter++;
// }
// Thread.Sleep(1);
// }
//});
//t2.Start();
#endregion
#region 使用lock锁住不同的对象也会有线程同步问题
Thread t1 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
lock (locker)
{
Counter++;
}
Thread.Sleep(1);
}
});
t1.Start();
Thread t2 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
lock (locker2)
{
Counter++;
}
Thread.Sleep(1);
}
});
t2.Start();
#endregion
Thread.Sleep(3000);
Console.WriteLine(Counter);
Console.ReadKey();
}
}
}
程序运行结果：
可以看到，这时还是会有线程同步的问题。虽然使用了lock，但是我们锁住的是不同的对象，这样也会有线程同步问题。lock必须锁住同一个对象才可以。
我们下面在来看一个多线程同步问题的例子：
using System;
using System.Threading;
namespace ThreadSynchDemo2
{
class Program
{
static int Money = 100;
/// <summary>
/// 定义一个取钱的方法
/// </summary>
/// <param name="name"></param>
static void QuQian(string name)
{
Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money);
int yue = Money - 1;
Console.WriteLine(name + "取钱");
Money = yue;
Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money);
}
static void Main(string[] args)
{
Thread t1 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
QuQian("t2");
}
});
Thread t2 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
QuQian("t2");
}
});
t1.Start();
t2.Start();
t1.Join();
t2.Join();
Console.WriteLine("余额" + Money);
Console.ReadKey();
}
}
}
我们看一下输出结果：
可以看到，最终的余额并不是80，这也是线程同步带来的问题，如何解决。解决思路就是使用同步的技术避免两个线程同时修改一个余额。
2、最大粒度——同步方法
在方法上面使用[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]，标记该方法是同步方法，这样一个方法只能同时被一个线程访问。我们在QuQian的方法上面标记，修改后的代码如下：
using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Threading;
namespace ThreadSynchDemo2
{
class Program
{
static int Money = 100;
/// <summary>
/// 定义一个取钱的方法，在上面标记为同步方法
/// </summary>
/// <param name="name"></param>
[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
static void QuQian(string name)
{
Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money);
int yue = Money - 1;
Console.WriteLine(name + "取钱");
Money = yue;
Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money);
}
static void Main(string[] args)
{
Thread t1 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
QuQian("t2");
}
});
Thread t2 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
QuQian("t2");
}
});
t1.Start();
t2.Start();
t1.Join();
t2.Join();
Console.WriteLine("余额" + Money);
Console.ReadKey();
}
}
}
程序输出结果：
现在的方法就是“线程安全”的了。什么是“线程安全”呢？“线程安全”是指方法可以被多个线程随意调用，而不会出现混乱。如果出现了混乱，那么就是“线程不安全”的。“线程安全”的方法可以在多线程里面随意的使用。
3、对象互斥锁
对象互斥锁就是我们上面讲的lock。我们在用lock来修改上面QuQian的例子：
using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Threading;
namespace ThreadSynchDemo2
{
class Program
{
static int Money = 100;
/// <summary>
/// 定义一个取钱的方法，在上面标记为同步方法
/// </summary>
/// <param name="name"></param>
//[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
//static void QuQian(string name)
//{
// Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money);
// int yue = Money - 1;
// Console.WriteLine(name + "取钱");
// Money = yue;
// Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money);
//}
private static object locker = new object();
static void QuQian(string name)
{
Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money);
int yue = Money - 1;
Console.WriteLine(name + "取钱");
Money = yue;
Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money);
}
static void Main(string[] args)
{
Thread t1 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
// 使用对象互斥锁
lock(locker)
{
QuQian("t1");
}
}
});
Thread t2 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
lock (locker)
{
QuQian("t2");
}
}
});
t1.Start();
t2.Start();
t1.Join();
t2.Join();
Console.WriteLine("余额" + Money);
Console.ReadKey();
}
}
}
程序输出结果：
可以看到，最终的输出结果还是80。
同一时刻只能有一个线程进入同一个对象的lock代码块。必须是同一个对象才能起到互斥的作用。lock后必须是引用类型，不一定是object，只要是对象就行。
锁对象选择很重要，选不对就起不到同步的作用；选不对还有可能会造成其他地方被锁，比如用字符串做锁（因为字符串缓冲池导致导致可能用的是其他地方正在使用的锁），所以不建议使用字符串做锁。下面的代码就是不允许的：
lock("locker")
两个方法如果都用一个对象做锁，那么访问A的时候就不能访问B，因此锁选择很重要。
4、Monitor
其实lock关键字就是对Monitor的简化调用，lock最终会被编译成Monitor，因此一般不直接使用Monitor类，看下面代码：
using System;
using System.Threading;
namespace MonitorDemo
{
class Program
{
static int Money = 100;
private static object locker = new object();
static void QuQian(string name)
{
// 等待没有人锁定locker对象，就锁定它，然后继续执行
Monitor.Enter(locker);
try
{
Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money);
int yue = Money - 1;
Console.WriteLine(name + "取钱");
Money = yue;
Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money);
}
finally
{
// 释放locker对象的锁
Monitor.Exit(locker);
}
}
static void Main(string[] args)
{
Thread t1 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
QuQian("t1");
}
});
Thread t2 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
QuQian("t2");
}
});
t1.Start();
t2.Start();
t1.Join();
t2.Join();
Console.WriteLine("余额" + Money);
Console.ReadKey();
}
}
}
程序输出结果：
Monitor类里面还有TryEnter方法，如果Enter的时候有人在占用锁，它不会等待，而是会返回false。看下面的示例代码：
using System;
using System.Threading;
namespace MonitorDemo
{
class Program
{
static int Money = 100;
private static object locker = new object();
static void QuQian(string name)
{
// 等待没有人锁定locker对象，就锁定它，然后继续执行
Monitor.Enter(locker);
try
{
Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money);
int yue = Money - 1;
Console.WriteLine(name + "取钱");
Money = yue;
Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money);
}
finally
{
// 释放locker对象的锁
Monitor.Exit(locker);
}
}
static void F1(int i)
{
if (!Monitor.TryEnter(locker))
{
Console.WriteLine("有人在锁着呢");
return;
}
Console.WriteLine(i);
Monitor.Exit(locker);
}
static void Main(string[] args)
{
//Thread t1 = new Thread(() => {
// for (int i = 0; i < 10; i++)
// {
// QuQian("t1");
// }
//});
//Thread t2 = new Thread(() => {
// for (int i = 0; i < 10; i++)
// {
// QuQian("t2");
// }
//});
Thread t1 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
F1(i);
}
});
Thread t2 = new Thread(() => {
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
F1(i);
}
});
t1.Start();
t2.Start();
t1.Join();
t2.Join();
Console.WriteLine("余额" + Money);
Console.ReadKey();
}
}
}
程序输出结果：
到此这篇关于C#多线程之线程同步的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。
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