C# 线程同步的方法

一、进程内部的线程同步

1、使用lock,用法如下:

private static readonly object SeqLock = new object();

    private void Print()
    {
      lock (SeqLock)
      {
        Console.WriteLine("test");
      }
    }

特性:只能传递对象,无法设置等待超时

2、使用:InterLocked(原子操作)

其在System.Threading命名空间下,Interlocked实际是类控制计数器,从而实现进程的同步,其很容易实现生产者消费者模型

//缓冲区,只能容纳一个字符
   private static char buffer;
   //标识量(缓冲区中已使用的空间,初始值为0)
   private static long numberOfUsedSpace = 0;
   static void Main(string[] args)
   {
    //线程:写入者
    Thread Writer = new Thread(delegate ()
    {
     string str = "这里面的字会一个一个读取出来,一个都不会少,,,";
     for (int i = 0; i < 24; i++)
     {
      //写入数据前检查缓冲区是否已满
      //如果已满,就进行等待,直到缓冲区中的数据被进程Reader读取为止
      while (Interlocked.Read(ref numberOfUsedSpace) == 1)
      {
       Thread.Sleep(50);
      }
      buffer = str[i]; //向缓冲区写入数据
      //写入数据后把缓冲区标记为满(由0变为1)
      Interlocked.Increment(ref numberOfUsedSpace);
     }
    });
    //线程:读出者
    Thread Reader = new Thread(delegate ()
    {
     for (int i = 0; i < 24; i++)
     {
      //读取数据前检查缓冲区是否为空
      //如果为空,就进行等待,直到进程Writer向缓冲区中写入数据为止
      while (Interlocked.Read(ref numberOfUsedSpace) == 0)
      {
       Thread.Sleep(50);
      }
      char ch = buffer;  //从缓冲区读取数据
      Console.Write(ch);
      Interlocked.Decrement(ref numberOfUsedSpace);
     }
    });
    //启动线程
    Writer.Start();
    Reader.Start();
    Console.ReadKey();

3、使用Monitor

其中Monitor.Enter()和lock相同

      Monitor.Enter(obj){
        //Synchronized part
      }finally{
        Monitor.Exit(obj);
      }

TryEnter则可设置等待时间等

bool lockTaken=false;
      Monitor.TryEnter(obj, 500, ref lockTaken);
      if(lockTaken){
        try
        {
          //Synchronized part
        }
        finally
        {
          Monitor.Exit(obj);
        }
      }else{
        //don't aquire the lock, excute other parts
      }

二、进程间的同步

1. WaitHandle:

封装等待对共享资源进行独占访问的操作系统特定的对象。 WaitHandle:是一个抽象类,我们一般不直接用,而是用它的派生类:

AutoResetEvent、EventWaitHandle、ManualResetEvent、Mutex、Semaphore

这个抽象类的方法如下:

WaitOne(): 等待一个信号的出现,可设置超时;

WaitAll(): 等待多个信号的出现,可设置超时;

WaitAny(): 等待任意一个信号的出现,可设置超时;

2、Mutex: 与Monitor 类似,只有一个线程能够获取锁定。利用WaitOne() 获取锁定,利用ReleaseMutex() 解除锁定。构造函数使用如下:

      bool isNew = false;
      mutex = new Mutex(false, "Mutex1", out isNew);

参数1:锁创建后是否由主调线程拥有。 如果设为true,相当于调用了WaitOne(),需要释放,否则其他线程无法获取锁;

参数2:锁名称,可通过OpenExist()或TryOpenExist() 打开已有锁,因为操作系统识别有名称的互锁,所以可由不同的进程共享。若锁名称为空,就是未命名的互锁,不能在多个进程之间共享;

参数3:  是否为新创建的互锁;

下面的例子演示Mutex 在进程之间的使用:    class Program

private static Mutex mutex = null;
    static void Main(string[] args)
    {
      bool isNew = false;
      mutex = new Mutex(false, "Mutex1", out isNew);
      Console.WriteLine("Main Start....");
      mutex.WaitOne();
      Console.WriteLine("Aquire Lock and Running....");
      Thread.Sleep(10000);
      mutex.ReleaseMutex();
      Console.WriteLine("Release Lock....");
      Console.WriteLine("Main end....");
      Console.ReadLine();
    }
  }

连续2次运行这个控制台程序的exe,结果如下,首先运行的获取 Mutex1 互锁, 后面运行的会等待直到前面运行的释放 Mutex1 互锁。

3.Semaphore: 信号量的作用于互斥锁类似,但它可以定义一定数量的线程同时使用。下面是构造函数:

      bool isNew = false;
      semaphore = new Semaphore(3, 3, "semaphore1", out isNew);

参数1:创建后,最初释放的锁的数量,如参数1设为2,参数2设为3,则创建后只有2个锁可用,另1个已经锁定;

参数2:定义可用锁的数量;

参数3:  信号量的名称,与Mutex类似;

参数4:是否为新创建的互锁;

以下例子创建了信号量“semaphore1”,利用Parallel.For() 同步运行Func1() ,在Func1() 中,当线程获取信号量锁,释放锁或等待超时,都会在控制台里输出,

class Program
  {
    private static Semaphore semaphore = null;
    static void Main(string[] args)
    {

      Console.WriteLine("Main Start....");
      bool isNew = false;
      semaphore = new Semaphore(3, 3, "semaphore1", out isNew);
      Parallel.For(0, 6, Func1);
      Console.WriteLine("Main end....");
      Console.ReadLine();
    }

    static void Func1(int index)
    {
      Console.WriteLine("Task {0} Start....",Task.CurrentId);
      bool isComplete = false;
      while (!isComplete)
      {
        if (semaphore.WaitOne(1000))
        {
          try
          {
            Console.WriteLine("Task {0} aquire lock....", Task.CurrentId);
            Thread.Sleep(5000);
          }
          finally
          {
            semaphore.Release();
            Console.WriteLine("Task {0} release lock....", Task.CurrentId);
            isComplete = true;
          }
        }
        else
        {
          Console.WriteLine("Task {0} timeout....", Task.CurrentId);
        }
      }
    }

运行结果如下,线程1,2,3首先获取信号量锁,线程4,5,6在等待,直到1,2,3释放,

4. AutoResetEvent 类:

可以使用事件通知其他任务,构造函数为 public AutoResetEvent(bool initialState)。

当initialState=true,处于signaled 模式(终止状态),调用waitone() 也不会阻塞任务,等待信号,调用Reset()方法,可以设置为non-signaled 模式;

当initialState=fasle,处于non-signaled 模式(非终止状态),调用waitone() 会等待信号阻塞当前线程(可以在多个线程中调用,同时阻塞多个线程),直到调用set()发送信号释放线程(调用一次,只能释放一个线程),一般使用这种方式;

以下例子创建5个任务,分别调用waitone()阻塞线程,接着每隔2s 调用set(),

private static AutoResetEvent autoReset = new AutoResetEvent(false);
    static void Main(string[] args)
    {
      Console.WriteLine("Main Start....");
      for (int i = 0; i < 5; i++)
      {
        Task.Factory.StartNew(() =>
        {
          Console.WriteLine("{0} Start....", Task.CurrentId);
          autoReset.WaitOne();
          Console.WriteLine("{0} Continue....", Task.CurrentId);
        });
      }
      for (int i = 0; i < 5;i++ )
      {
        Thread.Sleep(2000);
        autoReset.Set();
      }
      Console.WriteLine("Main end....");
      Console.ReadLine();
    }

运行结果每次顺序略有不同,释放是随机的:

5. ManualResetEvent 类:功能基本上和AutoSetEvent类似,但又一个不同点:

使用AutoSetEvent,每次调用set(),切换到终止模式,只能释放一个waitone(),便会自动切换到非终止模式;但ManualResetEvent,调用set(),切换到终止模式,可以释放当前所有的waitone(),需要手动调用reset()才能切换到非终止模式。

以下例子说明了这个不同的:

private static ManualResetEvent manualReset = new ManualResetEvent(false);
    static void Main(string[] args)
    {
      Console.WriteLine("Main Start....");
      for (int i = 0; i < 5; i++)
      {
        Task.Factory.StartNew(() =>
        {
          Console.WriteLine("{0} Start....", Task.CurrentId);
          manualReset.WaitOne();
          Console.WriteLine("{0} Continue....", Task.CurrentId);
        });
      }
      Thread.Sleep(2000);
      manualReset.Set();
      manualReset.WaitOne();
      Console.WriteLine("it doesn't work now, Main continue....");
      manualReset.Reset();
      manualReset.WaitOne();
      Console.WriteLine("Main end....");
      Console.ReadLine();
    }

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