【4858.com】十六线程之线程同步,职责和同步学习笔记

By admin in 4858.com on 2019年4月1日

  在线程里,若是必要共享数据,那么肯定必要运用同步技术,确认保障壹回唯有1个线程访问和改变共享数据的场所。在.net中,lock语句、Interlocked类和Monitor类可用于进度之中的联合署名。


一 、若是八个或五个线程访问同一的靶子,或许访问差别台的共享状态,会冒出争用标准。

(一)概述

一 、lock语句与线程安全

  lock语句是设置锁定和扫除锁定的一种不难方法。在采取lock语句在此之前,先进入另八个争用条件。例如:

public class SharedState
{
    public int State { get; set; }
}
public class Job
{
    SharedState sharedState;
    public Job(SharedState sharedState)
    {
        this.sharedState = sharedState;
    }
    public void DoTheJob()
    {
        for (int i = 0; i < 50000; i++)
        {
                sharedState.State += 1;
        }
    }
}
static void Main()
{
    int numTasks = 20;
    var state = new SharedState();
    var tasks = new Task[numTasks];//定义20个任务

    for (int i = 0; i < numTasks; i++)
    {
        tasks[i] = Task.Run(() => new Job(state).DoTheJob());//启动20个任务,同时对数据进行修改
    }

    for (int i = 0; i < numTasks; i++)
    {
        tasks[i].Wait();//等待所有任务结束
    }

    Console.WriteLine("summarized {0}", state.State);//预想应该输出:summarized 1000000
}

  实际上的输出与预期输出并差异,每一次运营的出口结果都不如,但从未一个是没错的。若是将线程数量减小,那么获得正确值的次数会大增,但也不是每便都不错。

  使用lock关键字,能够兑现多少个线程访问同二个多少时的共同难题。lock语句表示等待内定对象的锁定,该目的只好时引用类型。实行锁定后——只锁定了二个线程,就运营lock语句块中的代码,在lock块最后接触锁定,以便另三个线程可以锁定该指标。

lock(obj)
{
    //执行代码
}
//锁定静态成员,可以所以其类型(object)
lock(typeof(StaticCalss))
{
    //执行代码
}

  所以修改上述的代码,使用SyncRoot格局。不过,要是是对性能的拜访进行锁定:

public class SharedState
{
    private object syncRoot = new object();

    private int state = 0;
    public int State
    {
        get { lock (syncRoot) return state; }
        set { lock (syncRoot) state = value; }
    }
}

  仍会产出前边的争用情形。在措施调用get存款和储蓄器,以获取state的当前值,然后set存款和储蓄器给state设置新值。在调用对象的get和set存款和储蓄器时期,对象并不曾锁定,另二个线程依然可以获取最近值。最棒的方式是在不改动SharedState类的前提下,在调用方法中,将lock语句添加到合适的地方:

public class SharedState
{
    public int State { get; set; }
}
public class Job
{
    SharedState sharedState;
    public Job(SharedState sharedState)
    {
        this.sharedState = sharedState;
    }
    public void DoTheJob()
    {
        for (int i = 0; i < 50000; i++)
        {
            lock (sharedState)
            {
                sharedState.State += 1;
            }
        }
    }
}

  在一个地点选用lock语句并不意味着访问对象的其余线程都在伺机。必须对每一个访问共享数据的线程展现选拔同步功能。

  为使对state的修改作为七个原子操作,修改代码:

public class SharedState
{
    private int state = 0;
    public int State { get { return state; } }
    public int IncrementState()
    {
        lock (this)
        {
            return ++state;
        }
    }
}
//外部访问
public void DoTheJob()
{
    for (int i = 0; i < 50000; i++)
    {
         sharedState.IncrementState();        
    }
}

 1 using System;
 2 using System.Text;
 3 using System.Threading;
 4 
 5 class Outputer
 6 {
 7     public void Output(string msg)
 8     {
 9         for (int i = 0; i < msg.Length; i++)
10         {
11             Console.Write(msg[i]);
12         }
13         Console.WriteLine();
14     }
15 }
16 
17 class Program
18 {
19     static void Main(string[] args)
20     {
21         Outputer outputer = new Outputer();
22         object locker = new object();
23         StringBuilder str = new StringBuilder();
24         for (int i = 0; i < 26; i++)
25         {
26             str.Append(((char)('A' + i)).ToString());
27         }
28         new Thread((msg) =>
29         {
30             while (true)
31             {
32                 outputer.Output(msg.ToString());
33             }
34         }).Start(str.ToString());
35         new Thread(() =>
36         {
37             while (true)
38             {
39                 outputer.Output("1234567890");
40             }
41         }).Start();
42     }
43 }

怀有要求静观其变的操作,例如,因为文件、数据库或互连网访问都亟需肯定的时光,此时就能够运维三个新的线程,同时做到其它职务。

2、Interlocked类

  Interlocked类用于使变量的粗略语句原子化。i++并非线程安全的,它涉及多个步骤:取值、自增、存值。那几个操作只怕被线程调度器打断。Interlocked类提供了以线程安全的主意递增、递减、沟通和读取值的法门。Interlocked类只可以用来简单的一块难点,而且非常的慢。由此,下面包车型大巴IncrementState()方法的代码可以改为:return
Interlocked.Increment(ref state);

十二线程间应尽量幸免同步问题,最佳不要线程间共享数据。假诺非得要共享数据,就必要使用同步技术,确定保障一回只有1个线程访问和更改共享状态。

运维结果:

线程是程序中单独的指令流。

3、Monitor类

  lcok语句最后会有C#编写翻译器解析为利用Monitor类。

lock(obj)
{
    //执行代码
}

  简单的lock(obj)语句会被解析为调用Enter()方法,该方法会一向等候,直到线程锁定指标。三次唯有贰个线程能锁定指标,只要撤销锁定,线程就能够进入同步阶段。Monitor类的Exit()方法解除锁定。编写翻译器把Exit()方法放在try块的finally中,不论是不是抛出相当,都将在语句块运转末尾解除锁定。

Monitor.Enter(obj);
try
{
    //执行代码
}
finally
{
    Monitor.Exit(obj);
}

  相对于lock语句,Mpnitor类能够安装一个等候被锁定的超时值。那样就不会无限期的等候锁定,即便等待锁定时间超越规定时间,则赶回false,表示未被锁定,线程不再等待,执行此外操作。恐怕现在,该线程会再一次尝试得到锁定:

bool lockTaken = false;
Monitor.TryEnter(obj,500, ref lockTaken);//在500ms内,是否锁定了对象
if (lockTaken)
{
    try
    {
        //执行代码
    }
    finally
    {
        Monitor.Exit(obj);
    }
}
else
{
    //未获得锁定,执行代码
}

   借使依据对象的锁定目的(Monitor)的系统开发由于垃圾回收而过高,能够选拔SpinLock结构。,SpinLock结构适用于:有恢宏的锁定,而且锁定时间总是相当短的气象。应制止选用多少个SpinLock结构,也不要调用任何可能阻塞的始末。

一::lock语句

4858.com 1

 

lock语句事设置锁定和接触锁定的一种简易方法。其语法卓殊简单:

二 、要防止该难点,能够动用lock语句锁定共享的靶子。

(二)Paraller类

            lock (obj)
            {
                // 需要发生同步的代码区
            }
 1 using System;
 2 using System.Text;
 3 using System.Threading;
 4 
 5 class Outputer
 6 {
 7     public void Output(string msg)
 8     {
 9         for (int i = 0; i < msg.Length; i++)
10         {
11             Console.Write(msg[i]);
12         }
13         Console.WriteLine();
14     }
15 }
16 
17 class Program
18 {
19     static void Main(string[] args)
20     {
21         Outputer outputer = new Outputer();
22         object locker = new object();
23         StringBuilder str = new StringBuilder();
24         for (int i = 0; i < 26; i++)
25         {
26             str.Append(((char)('A' + i)).ToString());
27         }
28         new Thread((msg) =>
29         {
30             while (true)
31             {
32                 lock (locker)
33                 {
34                     outputer.Output(msg.ToString());
35                 }
36             }
37         }).Start(str.ToString());
38         new Thread(() =>
39         {
40             while (true)
41             {
42                 lock (locker)
43                 {
44                     outputer.Output("1234567890");
45                 }
46             }
47         }).Start();
48     }
49 }

Paraller类是对线程的三个很好的肤浅,该类位于System.Threading.Tasks名称空间中,提供了数量和职分并行性。

将共享数据的操作代码,放在上述的“{…}”区域内。锁定的对象(obj)必须是援引类型,若是锁定三个值类型,实际是锁定了它的三个副本,并从未落到实处锁定作用。

运营结果:

【4858.com】十六线程之线程同步,职责和同步学习笔记。Paraller.For()和Paraller.ForEach()方法在历次迭代中调用相同的代码,二Parallel.Invoke()方法允许同时调用差别的方式。Paraller.Invoke用于职务并行性,而Parallel.ForEach用于数据并行性。

一般地,被锁定目的急需被创立为 私有 只读 引用类型:

4858.com 2

 

        private readonly object obj = new object();

叁 、也足以将共享对象设置为线程安全的对象。

① 、Parallel.For()方法循环

二::Interlocked类

 1 using System;
 2 using System.Text;
 3 using System.Threading;
 4 
 5 class Outputer
 6 {
 7     public void Output(string msg)
 8     {
 9         lock (this)
10         {
11             for (int i = 0; i < msg.Length; i++)
12             {
13                 Console.Write(msg[i]);
14             }
15             Console.WriteLine();
16         }
17     }
18 }
19 
20 class Program
21 {
22     static void Main(string[] args)
23     {
24         Outputer outputer = new Outputer();
25         object locker = new object();
26         StringBuilder str = new StringBuilder();
27         for (int i = 0; i < 26; i++)
28         {
29             str.Append(((char)('A' + i)).ToString());
30         }
31         new Thread((msg) =>
32         {
33             while (true)
34             {
35                 outputer.Output(msg.ToString());
36             }
37         }).Start(str.ToString());
38         new Thread(() =>
39         {
40             while (true)
41             {
42                 outputer.Output("1234567890");
43             }
44         }).Start();
45     }
46 }
ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, 10, i =>
{
    Console.WriteLine("当前迭代顺序:" + i);
    Thread.Sleep(10);//线程等待
});

Interlocked类用于使变量的简易语句原子化。它提供了以线程安全的法子递增、递减、交流和读取值的方法。

四 、过多的锁定会促成死锁。所谓死锁就是至少有五个线程被挂起,相互等待对方解锁,以至于线程Infiniti等待下去。

在For()方法中,前七个参数定义了循环的上马三保了结,第多少个参数是三个Action<int>委托,参数是循环迭代的次数。

        private int stateFlag = 0;

        public int IncrementState
        {
            //get
            //{
            //    lock (this)
            //    {
            //        stateFlag++;
            //        return stateFlag;
            //    }
            //}

            get
            {
                return Interlocked.Increment(ref stateFlag); // using System.Threading;

                //Interlocked.Decrement(ref V0);
                //Interlocked.Exchange(ref V1, ref V2);
                //Interlocked.Read(ref V0);
            }
        }
 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 
 4 class DeadLocker
 5 {
 6     object locker1 = new object();
 7     object locker2 = new object();
 8 
 9     public void Method1()
10     {
11         while (true)
12         {
13             lock (locker1)
14             {
15                 lock (locker2)
16                 {
17                     Console.WriteLine("First lock1, and then lock2");
18                 }
19             }
20         }
21     }
22 
23     public void Method2()
24     {
25         while (true)
26         {
27             lock (locker2)
28             {
29                 lock (locker1)
30                 {
31                     Console.WriteLine("First lock2, and then lock1");
32                 }
33             }
34         }
35     }
36 }
37 
38 class Program
39 {
40     static void Main(string[] args)
41     {
42         DeadLocker dl = new DeadLocker();
43         new Thread(dl.Method1).Start();
44         new Thread(dl.Method2).Start();
45     }
46 }

Parallel类只等待它成立的天职,而不等待别的后台活动。

三::Monitor类

运营结果:

Parallel.For()方法能够提前终止:

与lock相似,C#的lock语句被编译器解析为利用Monitor类。锁定起首也正是Monitor.Enter(obj)
方法,该方法会一贯等待,直到线程被对象锁定。解除锁定后线程进入同步阶段,使用
Monitor.Exit(obj)方法解除锁定,编译器将它与try块的finally结合。方法一中的代码,相当于:

4858.com 3

var result = Parallel.For(10, 40, async (int i, ParallelLoopState pls) =>
 {
     Console.WriteLine("迭代序号:{0}, 任务: {1}, 线程: {2}", i, Task.CurrentId, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
     await Task.Delay(10);
     if (i > 15)
     {
         pls.Break();
     }
 });
Console.WriteLine("循环完成状态:" + result.IsCompleted);
Console.WriteLine("Break索引:" + result.LowestBreakIteration);
            Monitor.Enter(obj);
            try
            {
                // 需要发生同步的代码区
            }
            finally
            {
                Monitor.Exit(obj);
            }

⑤ 、同步难题和争用条件以及死锁相关,要防止同步难点,最佳就无须在线程之间共享数据。如若要共享数据就非得选取同步技术,确定保证一回唯有一个线程访问和更改共享状态。在C#中,lock语句是设置锁定和清除锁定的一种简单方法。编写翻译器将其编写翻译为IL后,会被编写翻译成了调用Monitor类的Enter和Exit方法。

急需注意的是,Break()方法仅是报告循环在适合的时候退出当前迭代之外的迭代。

与lock语句相比,Monitor类的亮点在于:可以增加二个等待北锁定的超时值。那样就不会Infiniti期等待被锁定,而能够使用
TryEnter() 方法,给一个超时参数。

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 
 4 class Program
 5 {
 6     static void Main(string[] args)
 7     {
 8     }
 9 
10     void Method()
11     {
12         lock (typeof(Program))
13         {
14         }
15     }
16 }

Parallel.For()还是能对线程进行初步化和剥离时制定措施:

            bool lockTaken = false;
            Monitor.TryEnter(obj, 500, ref lockTaken);
            if (lockTaken)
            {
                try
                {
                    // acquired the lock
                    // synchronized region for obj
                }
                finally
                {
                    Monitor.Exit(obj);
                }
            }
            else
            {
                // didn't get the lock,do something else
            }

编写翻译结果:

Parallel.For<string>(10,25,()=> {
    Console.WriteLine("初始线程{0},任务{1}",Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,Task.CurrentId);
    return string.Format("线程Id"+ Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
},
(i,pls,str1)=> {
    Console.WriteLine("迭代顺序:【{0}】,线程初始化返回值:【{1}】,线程Id:【{2}】,任务Id:【{3}】",i,str1, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, Task.CurrentId);
    Thread.Sleep(10);
    return string.Format("迭代顺序:"+i);
},
(str1)=> {
    Console.WriteLine("线程主体返回值:{0}",str1);
});

只要obj被锁定,TryEnter() 方法就会把 bool 型引用参数 lockTaken 设置为
true,并伙同地走访由 obj 锁定的气象。假设另一线程 锁定 obj 的时光当先500 飞秒,Try Enter() 方法就把变量 lockTaken 设为 false
,线程不再等待,而是用于实践别的操作。恐怕在后头,该线程会尝试再度被锁定。

4858.com 4

除了这么些之外循环开端与截至的钦赐,第捌个是对迭代调用的各样线程进行处理,第⑤个是迭代的主意主体,第⑧个是迭代实现时对线程的处理。

 四::SpinLock结构

陆 、争用口径的另3个例证。

 

它是3个结构体(struct),用法极类似于Monitor类。得到锁用
Enter()或TryEnter() 方法,释放锁用 Exit() 方法。它还提供了品质 IsHeld 和
IsHeldByCurrentThred ,内定当前是或不是被锁定。

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using System.Threading.Tasks;
 4 
 5 class SharedState
 6 {
 7     public int State { get; set; }
 8 }
 9 
10 class Worker
11 {
12     SharedState state;
13 
14     public Worker(SharedState state)
15     {
16         this.state = state;
17     }
18 
19     public void DoJob()
20     {
21         for (int i = 0; i < 500; i++)
22         {
23             state.State += 1;
24         }
25     }
26 }
27 
28 class Program
29 {
30     static void Main(string[] args)
31     {
32         int numTasks = 20;
33         var state = new SharedState();
34         var tasks = new Task[numTasks];
35         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
36         {
37             tasks[i] = new Task(new Worker(state).DoJob);
38             tasks[i].Start();
39         }
40         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
41         {
42             tasks[i].Wait(); //使20个任务全部处于等待状态,直到所有任务都执行完毕为止
43         }
44         Console.WriteLine("Summarized {0}", state.State);
45     }
46 }

二 、使用Paralle.ForEach()方法循环

        SpinLock mSpinLock = new SpinLock(); // 最好只是用一个 SpinLock

        public void fun1()
        {
            // .....

            bool lockTaken = false;
            mSpinLock.Enter(ref lockTaken);
            try
            {
                // synchronized region
            }
            finally
            {
                mSpinLock.Exit();
            }

            // ...
        }
        public void fun2()
        {
            // .....

            bool lockTaken = false;
            mSpinLock.TryEnter(500, ref lockTaken);
            if (lockTaken)
            {
                try
                {
                    // synchronized region
                }
                finally
                {
                    mSpinLock.Exit();
                }
            }
            else
            {
                // didn't get the lock,do something else
            }

            // ...
        }

运营结果:

string[] data = { "a", "b", "c", "d", "e", "f", "g", "h", "i", "j", "k" };
Parallel.ForEach(data, (s, pls, l) =>
{
    Console.WriteLine(s + " " + l);//s是当前循环的项的值,pls是ParallelLoopState类型,l是当前迭代的顺序
});

SpinLock结构体是 .Net 4
新增。它适用于:有恢宏的锁,且锁定时间都至极短。程序须求防止采纳四个SpinLock 结构,也休想调用任何或许阻塞的始末。

4858.com 5

 

五::WaitHandle 基类

从上边结果看到,二十一个职分分别对共享的数码增进后,打字与印刷其结果。种种任务履行500次,共1八个任务,理想的结果是10000,不过事实并非如此。事实是每回运维的结果都不一致,且从未四个结实是不错的。使用lock语句时要留心的是传递的锁对象必须是援引对象,若对值对象使用lock语句,C#编写翻译器会报错。

③ 、通过Parallel.Invoke()方法调用多少个情势

WaitHandle是三个架空中基地类,用于等待1个信号的安装。能够等待分歧的信号,因为WaitHandle是叁个基类,能够从中派生一些类。

七 、将上述代码改写为如下的SyncRoot方式,不过无法打字与印刷输出理想结果的一千0。

Parallel.Invoke()方法运转传递1个Action委托数组,在内部能够钦点须求互相运转的点子。

        public delegate int TakesAWhileDelegate(int data, int ms); // 声明委托
        public void Main()
        {
            TakesAWhileDelegate vTAwdl = TakesAWhile;
            IAsyncResult vAr = vTAwdl.BeginInvoke(1, 3000, null, null);
            while(true)
            {
                Console.Write(".");
                if (vAr.AsyncWaitHandle.WaitOne(300, false)) // 等待 vAr.AsyncWaitHandle 收到信号(超时300毫秒)
                {
                    Console.WriteLine("Can get the result now.");
                    break;
                }
            }
            int result = vTAwdl.EndInvoke(vAr);
            Console.WriteLine("Result:{0}", result);

            Console.Read();
        }

        int TakesAWhile(int data, int ms) 
        {
            Console.WriteLine("TakesAWhile started");
            Thread.Sleep(ms);
            Console.WriteLine("TakesAWhile completed");
            return ++data;
        }
 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using System.Threading.Tasks;
 4 
 5 class SharedState
 6 {
 7     public int State { get; set; }
 8 }
 9 
10 class Worker
11 {
12     SharedState state;
13 
14     public Worker()
15     {
16         this.state = new SharedState();    
17     }
18 
19     public Worker(SharedState state)
20     {
21         this.state = state;
22     }
23 
24     public static Worker Synchronized(Worker worker)
25     {
26         if (!worker.IsSynchronized)
27         {
28             return new SynchronizedWorker(worker);
29         }
30         return worker;
31     }
32 
33     public virtual void DoJob()
34     {
35         for (int i = 0; i < 500; i++)
36         {
37             state.State += 1;
38         }
39     }
40 
41     public virtual bool IsSynchronized
42     {
43         get { return false; }
44     }
45 
46     private class SynchronizedWorker : Worker
47     {
48         object locker = new object();
49         Worker worker;
50 
51         public SynchronizedWorker(Worker worker)
52         {
53             this.worker = worker;
54         }
55 
56         public override bool IsSynchronized
57         {
58             get { return true; }
59         }
60 
61         public override void DoJob()
62         {
63             lock (locker)
64             {
65                 worker.DoJob();
66             }
67         }
68     }
69 }
70 
71 class Program
72 {
73     static void Main(string[] args)
74     {
75         int numTasks = 20;
76         var state = new SharedState();
77         var tasks = new Task[numTasks];
78         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
79         {
80             Worker worker = Worker.Synchronized(new Worker(state));
81             tasks[i] = new Task(worker.DoJob);
82             tasks[i].Start();
83         }
84         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
85         {
86             tasks[i].Wait(); //使20个任务全部处于等待状态,直到所有任务都执行完毕为止
87         }
88         Console.WriteLine("Summarized {0}", state.State);
89     }
90 }
 1 static void Main(string[] args)
 2 {
 3     Parallel.Invoke(Say1, Say2, Say3, Say4, Say5);
 4     Console.WriteLine("---------");
 5     Say1();
 6     Say2();
 7     Say3();
 8     Say4();
 9     Say5();
10  
11     Console.ReadKey();
12 }
13 static void Say1()
14 {
15     Thread.Sleep(100);
16     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "1");
17 }
18 static void Say2()
19 {
20     Thread.Sleep(100);
21     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "2");
22 }
23 static void Say3()
24 {
25     Thread.Sleep(100);
26     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "3");
27 }
28 static void Say4()
29 {
30     Thread.Sleep(100);
31     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "4");
32 }
33 static void Say5()
34 {
35     Thread.Sleep(100);
36     Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss ffff") + "5");
37 }

4858.com 6

将SharedState类也改写为SyncRoot方式,仍然越发,不明了原委。

 

上述实例代码,使用”异步委托”, BeginInvoke() 方法再次回到3个落到实处了
IAsycResult接口的目标。使用 IAsycResult 接口,能够用AsycResult属性访问
WaitHandle
基类。在调用WaitOne()方法时,线程等待二个与等待句柄相关的信号。

 1 class SharedState
 2 {
 3     object locker = new object();
 4 
 5     int state;
 6 
 7     public int State
 8     {
 9         get
10         {
11             lock (locker)
12             {
13                 return this.state;
14             }
15         }
16         set
17         {
18             lock (locker)
19             {
20                 this.state = value;
21             }
22         }
23     }
24 }

 

动用 WaitHandle
类能够等待一个信号出现(WaitOne()方法)、等待必须发出信号的八个指标(WaitAll()方法)、只怕等待四个对象中的2个(WaitAny()方法)。后两者事WaitHandle类的静态方法,接收3个WaitHandle参数数组。

最简便且保障的主意是在DoJob方法中,将lock语句添加到适合的地点。

(三)任务

六::Mutex类

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using System.Threading.Tasks;
 4 
 5 class SharedState
 6 {
 7     public int State { get; set; }
 8 }
 9 
10 class Worker
11 {
12     SharedState state;
13 
14     public Worker(SharedState state)
15     {
16         this.state = state;
17     }
18 
19     public void DoJob()
20     {
21         for (int i = 0; i < 500; i++)
22         {
23             // 最简单可靠的办法是在适合的地方添加lock语句
24             lock (state)
25             {
26                 state.State += 1;
27             }
28         }
29     }
30 }
31 
32 class Program
33 {
34     static void Main(string[] args)
35     {
36         int numTasks = 20;
37         var state = new SharedState();
38         var tasks = new Task[numTasks];
39         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
40         {
41             tasks[i] = new Task(new Worker(state).DoJob);
42             tasks[i].Start();
43         }
44         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
45         {
46             tasks[i].Wait(); //使20个任务全部处于等待状态,直到所有任务都执行完毕为止
47         }
48         Console.WriteLine("Summarized {0}", state.State);
49     }
50 }

为了更好的支配并行动作,能够利用System.Threading.Tasks名称空间中的Task类。

Mutex(mutual exclusion,互斥)是 .NET Framework中提供跨多少个进程一道访问的二个类。所以,它常被用来“程序单一运转控制”。

要么也足以如下重写DoJob方法。

 

        /// <summary>
        /// 单一进程 检查,如果已经运行一个进程,返回false,表示检查不通过。否则返回true。
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private bool RunOnceCheck()
        {
            bool vExist;
            Mutex nMutex = new Mutex(false, "SingletonWinAppMutex", out vExist);
            if (!vExist)
            {
                // 表示已经启动一个了,应退出当前启动
                return false;
            }
            return true;
        }
 1 public void DoJob()
 2 {
 3     // 最简单可靠的办法是在适合的地方添加lock语句
 4     lock (state)
 5     {
 6         for (int i = 0; i < 500; i++)
 7         {
 8             state.State += 1;
 9         }
10     }
11 }

① 、运营任务

它可怜相近于Monitor类,因为他俩都只有多少个线程能具有锁定。唯有2个线程能博得互斥锁定,访问受排挤爱抚的联手代码区域。Mutex派生自基类WaitHandle,因而得以行使WaitOne()方法获得互斥锁定,在该进程中变成该互斥的拥有者。调用
ReleaseMutex()方法,释放互斥。

小心:在3个地方使用lock语句并不意味,访问对象的任何线程都正在守候。必须对各类访问共享状态的线程显示地动用同步效用。

(1)使用线程池的职分

            bool createdNew;
            Mutex mutex = new Mutex(false, "ProCSharpMutex", out createdNew);

            if (mutex.WaitOne())
            {
                try
                {
                    // synchronized region
                }
                finally
                {
                    mutex.ReleaseMutex();
                }
            }
            else
            {
                // some problem happened while waiting
            }

⑧ 、Interlocked类是一个静态类型,用于使不难的言语原子化,例如,i++不是线程安全的,它的操作包蕴:从内存中获取二个值,给该值递增1,再将它存款和储蓄回内部存款和储蓄器。全体那几个操作都有恐怕被线程调节和测试器打断。

 1 private static readonly object locker = new object();
 2 static void Main(string[] args)
 3 {
 4     var tf = new TaskFactory();
 5     Task t1 = tf.StartNew(TaskMethod, "使用TaskFactory");
 6  
 7     Task t2 = Task.Factory.StartNew(TaskMethod, "使用Task.Factory");
 8  
 9     var t3 = new Task(TaskMethod, "使用Task构造函数并启动");
10     t3.Start();
11  
12     Task t4 = Task.Run(() => { TaskMethod("运行"); });
13  
14     Console.ReadKey();
15 }
16 static void TaskMethod(object title)
17 {
18     lock (locker)
19     {
20         Console.WriteLine(title);
21         Console.WriteLine("任务Id:{0},线程Id:{1}", Task.CurrentId == null ? "no Task" : Task.CurrentId.ToString(), Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
22         Console.WriteLine("是否为线程池线程:{0}", Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread);
23         Console.WriteLine("是否为后台线程:{0}",Thread.CurrentThread.IsBackground);
24         Console.WriteLine();
25     }
26 }

七::Semaphore类

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using System.Threading.Tasks;
 4 
 5 class SharedState
 6 {
 7     private int state;
 8     public int State
 9     {
10         get { return this.state; }
11         set { this.state = value; }
12     }
13 
14     public void Increment()
15     {
16         Interlocked.Increment(ref state); //替代this.state++;并且是线程安全的
17     }
18 }
19 
20 class Worker
21 {
22     SharedState state;
23 
24     public Worker(SharedState state)
25     {
26         this.state = state;
27     }
28 
29     public void DoJob()
30     {
31         for (int i = 0; i < 500; i++)
32         {
33             state.Increment();
34         }
35     }
36 }
37 
38 class Program
39 {
40     static void Main(string[] args)
41     {
42         int numTasks = 20;
43         var state = new SharedState();
44         var tasks = new Task[numTasks];
45         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
46         {
47             tasks[i] = new Task(new Worker(state).DoJob);
48             tasks[i].Start();
49         }
50         for (int i = 0; i < numTasks; i++)
51         {
52             tasks[i].Wait(); //使20个任务全部处于等待状态,直到所有任务都执行完毕为止
53         }
54         Console.WriteLine("Summarized {0}", state.State);
55     }
56 }

 

 Semaphore分外接近于互斥,其分别在于Semaphore可以同时由八个线程使用。它是一种计数互斥锁定,能够定义允许同时做客受其锁定尊崇的能源的线程个数。它适用于:有好多可用财富,且只同意一定数额的线程访问该能源。

 

(2)同步职责

八::Events类

任务不肯定要使用线程池中的线程,也能够应用别的线程。

它是一种能够在系统范围内共同能源的法子。

TaskMethod("主线程调用");
var t1 = new Task(TaskMethod,"同步运行");
t1.RunSynchronously();

九::Barrier类

 

它这一个适用于在这之中办事有好四个职责分支且之后又供给统一工作的图景。

(3)使用单独线程的天职

十::ReaderWriterLockSlim类

即使职责的代码应该长日子运作,就应该接纳TaskCreationOptions.LongRunning告诉职责调度器创立二个新线程,而不是使用线程池中的线程。

为了使锁定机制允许锁定五个读取器(而不是3个写入器)访问有个别财富,能够动用此类。它提供了叁个锁定功用,就算没有写入器锁定财富,就允许八个读取器访问能源,但不得不有三个写入器锁定该能源。

var t1 = new Task(TaskMethod, "长时间运行任务", TaskCreationOptions.LongRunning);
t1.Start();

 

 

 

② 、Future——任务的结果

 

职分完成时,它能够把某个一蹴而就的地方消息写到共享对象中,这一个共享对象必须是线程安全的。另2个抉择是运用重回有个别结果的天职,如Future它是Task类的二个泛型版本,使用那一个类时,能够定义职分回到的结果的品种。

var t1 = new Task<Tuple<int, int>>(TaskWithResult, Tuple.Create<int, int>(10, 5));
t1.Start();
Console.WriteLine(t1.Result);
t1.Wait();
Console.WriteLine("任务结果:{0} {1}",t1.Result.Item1, t1.Result.Item2);

 

叁 、两次三番的任务

透过职务,能够钦点在职分实现后,应初步运转另三个一定职务。

Task t1 = new Task(DoOnFirst);
t1.Start();
Task t2 = t1.ContinueWith(DoOnSecond);
Task t3 = t1.ContinueWith(DoOnSecond);
Task t4 = t2.ContinueWith(DoOnSecond);
Task t5 = t3.ContinueWith(DoOnSecond, TaskContinuationOptions.OnlyOnFaulted);//第二个参数指t3在失败的情况下运行t5

 

④ 、任务层次结构

职务也足以组成多少个层次结构。2个义务运营一个新义务时,就开动了贰个父/子层次结构。

 1 static void Main(string[] args)
 2 {
 3     var parent = new Task(ParentTask);
 4     parent.Start();
 5     Thread.Sleep(2000);
 6     Console.WriteLine(parent.Status);
 7     Thread.Sleep(4000);
 8     Console.WriteLine(parent.Status);
 9     Console.ReadKey();
10 }
11 static void ParentTask()
12 {
13     Console.WriteLine("任务Id:"+Task.CurrentId);
14     var child = new Task(ChildTask);
15     child.Start();
16     Thread.Sleep(1000);
17     Console.WriteLine("父级子任务已开始运行");
18 }
19 static void ChildTask()
20 {
21     Console.WriteLine("子任务开始");
22     Thread.Sleep(5000);
23     Console.WriteLine("子任务结束");
24 }

 

 

(四)撤销框架结构

.NET4.5富含1个撤回架构,允许以规范方法收回长日子运作的任务。撤废架构基于合作行为,它不是强制的。长日子运作的职分会检查它是还是不是被吊销,并赶回控制权。扶助撤消的办法接受1个CancellationToken参考。

 

壹 、Parallel.For()方法的吊销

 1 var cts = new CancellationTokenSource();
 2 cts.Token.Register(() => Console.WriteLine("*** token canceled"));
 3 
 4  
 5 //在500毫秒以后发送取消指令
 6 cts.CancelAfter(500);
 7 try
 8 {
 9     var result = Parallel.For(0, 100, new ParallelOptions() { CancellationToken = cts.Token, }, x =>
10     {
11         Console.WriteLine("{0}次循环开始", x)
12         int sum = 0;
13         for (int i = 0; i < 100; i++)
14         {
15             Thread.Sleep(2);
16             sum += i;
17         }
18         Console.WriteLine("{0}次循环结束", x);
19     });
20 }
21 catch (OperationCanceledException ex)
22 {
23     Console.WriteLine(ex.Message);
24 }

使用.NET4.5中的1个新章程CancelAfter,在500飞秒后撤回标记。在For()循环的兑现代码内部,Parallel类验证CanceledToken的结果,并收回操作。一旦裁撤操作,For()方法就抛出三个OperationCanceledException类型的不胜。

 

贰 、职分的撤除

同等的吊销情势也能够用于职责。

 1 var cts = new CancellationTokenSource();
 2 cts.Token.Register(() => Console.WriteLine("*** token canceled"));
 3 
 4 //在500毫秒以后发送取消指令
 5 cts.CancelAfter(500);
 6  
 7 Task t1 = Task.Run(()=> {
 8     Console.WriteLine("任务进行中...");
 9     for (int i = 0; i < 20; i++)
10     {
11         Thread.Sleep(100);
12         CancellationToken token = cts.Token;
13         if (token.IsCancellationRequested)
14         {
15             Console.WriteLine("已发送取消请求,取消请求来自当前任务");
16             token.ThrowIfCancellationRequested();
17             break;
18         }
19         Console.WriteLine("循环中...");
20     }
21     Console.WriteLine("任务结束没有取消");
22 });
23 try
24 {
25     t1.Wait();
26 }
27 catch (AggregateException ex)
28 {
29     Console.WriteLine("异常:{0}, {1}",ex.GetType().Name,ex.Message);
30     foreach (var innerException in ex.InnerExceptions)
31     {
32         Console.WriteLine("异常:{0}, {1}", ex.InnerException.GetType().Name, ex.InnerException.Message);
33     }
34 }

 

 

(五)线程池

int nWorkerThreads;
int nCompletionPortThreads;
ThreadPool.GetMaxThreads(out nWorkerThreads, out nCompletionPortThreads);
Console.WriteLine("线程池中辅助线程的最大数目:{0}, 线程池中异步 I/O 线程的最大数目:{1}",nWorkerThreads,nCompletionPortThreads);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(JobForAThread);
}
Thread.Sleep(3000);

内需专注的是:线程池中的全数线程都今后台线程,不可设置线程优先级、名称,随着前台线程的终止而得了,只适用于长期职务。

 

(六)Thread类

此类允许创设前台线程,以及安装线程的预先级。

 

① 、给线程传递数据

static void Main(string[] args)
{
    var t2 = new Thread(ThreadMainWithParameter);
    t2.Start("参数字符串");

    Console.ReadKey();
}
static void ThreadMainWithParameter(object message)
{
    Console.WriteLine("运行主线程,接受参数:" + message.ToString());
}

只要应用了ParameterizedThreadStart委托,线程的入口点必须有3个object类型的参数,且重临类型为void。

 

② 、后台线程

假使有1个前台线程在运作,应用程序的经过就在运行。假若七个前台线程在运行,而Main()方法甘休了,应用程序的历程就照样是激活的,直到全体前台线程完结其职务实现。

私下认可意况下,用Thread类创造的线程是前台线程,线程池中的线程是后台线程。Thread类创造线程时,能够设置IsBackground属性来明确创制前台依然后台线程。

static void Main(string[] args)
{
    var t1 = new Thread(ThreadMain) { Name = "MyNewThread", IsBackground = false };
    t1.Start();
    Console.WriteLine("主线程现在结束");
    Console.ReadKey();
}


private static void ThreadMain()
{
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+"线程开始运行");
    Thread.Sleep(3000);
    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+"线程结束");
}

在通过Thread类创造线程的时候,设置IsBackground属性为false,约等于开创2个前台线程。那种情形下在主线程截至时,t1不会终止。但假若将IsBackground设置为true,则会随着主线程的收尾而告终。

 

三 、线程的先行级

给线程钦点优先级,就能够影响系统对线程的调度顺序。在Thread类中,能够设置Priority属性,以震慑线程的中央优先级。

 

肆 、控制线程

读取Tread的ThreadState属性,能够收获线程的事态。

Thread的Start()方法成立线程,线程状态为UnStarted;

线程调度器选取运营后,线程转台改变为Running;

Thread.Sleep()方法会使线程处于WaitSleepJoin;

Thread类的Abort()方法,触发ThreadAbortException类型的相当,线程状态会变成AbortedRequested,假如没有重置终止则变为Aborted;

Thread.ResetAbort()方法能够让线程在触发ThreadAbortException格外后持续运维;

Thread类的Join()会甘休当前线程,等待进入的线程实现收尾,此时线程状态为WaitSleepJoin。

 

 

(七)线程问题

① 、争用规范

万一多个或五个线程访问同一的对象,并且对共享状态的走访尚未联手,就会见世争用口径。要防止该难点,能够锁定共享对象。那能够经过lock语句锁定在线程中国共产党享的state变量。

private static readonly object locker = new object();

public void ChnageI(int i)
{
    lock (locker)
    {
        if (i == 0)
        {
            i++;
            Console.WriteLine(i == 1);
        }
        i = 0;
    }
}

 

2、死锁

鉴于七个线程都在等候对方,就应运而生了死锁,线程将无线等待下去。为了防止这么些标题,能够在应用程序的系统架构中,从一起先就铺排好锁定的一一,也足以为锁定定义超时时间。

 

 

(八)同步

共享数据必须利用同步技术,确认保证3次唯有三个线程访问和改变共享状态。能够行使lock语句、Interlocked类和Monitor类进行进度之中的联合署名。Mutex类、伊夫nt类、SemaphoreSlim类和ReaderWriterLockSlim类提供了四个进度之间的线程同步。

 

壹 、lock语句和线程安全

lock语句是安装锁定和消除锁定的一种简易方法。

在并未使用lock语句的状态下,多个线程操作共享数据,最终获得的结果尚未2个会正确。

 1 class Program
 2 {
 3     static void Main(string[] args)
 4     {
 5         for (int j = 0; j < 5; j++)
 6         {
 7             int numTasks = 20;
 8             var state = new SharedState();
 9             var tasks = new Task[numTasks];
10             for (int i = 0; i < numTasks; i++)
11             {
12                 tasks[i] = Task.Run(() => { new Job(state).DoTheJob(); });
13             }
14  
15             for (int i = 0; i < numTasks; i++)
16             {
17                 tasks[i].Wait();
18             }
19             Console.WriteLine("最后结果:{0}", state.State);
20         }
21         Console.ReadKey();
22     }
23 }
24 
25 public class SharedState
26 {
27     public int State { get; set; }
28 }
29 
30 public class Job
31 {
32     SharedState sharedState;
33     public Job(SharedState sharedState)
34     {
35         this.sharedState = sharedState;
36     }
37     public void DoTheJob()
38     {
39         for (int i = 0; i < 50000; i++)
40         {
41             sharedState.State += 1;
42         }
43     }
44 }

运用lock语句,修改DoTheJob()方法,今后才能获取不错的结果。

private readonly object syncRoot = new object();

public void DoTheJob()
{
    for (int i = 0; i < 50000; i++)
    {
        lock (syncRoot)
        {
            sharedState.State += 1;
        }
    }
}

 

2、Interlocked类

Interlocked类用于使变量的简短语句原子化。

public int State
{
    get
    {
        lock (this)
        {
            return ++state;
        }
    }
}

public int State
{
    get
    {
        return Interlocked.Increment(ref state);
    }
}

利用Interlocked类能够更快。

 

3、Monitor类

lock语句由C#编写翻译器解析为使用Monitor类。

lock (syncRoot)
{
    //代码
}
//C#编译器将lock语句解析为
Monitor.Enter(syncRoot);
try
{
    //代码
}
finally
{
    Monitor.Exit(syncRoot);
}

Monitor类相对于lock语句的帮助和益处是:能够因而调用TryEnter()方法添加五个等候被锁定的超时值。

bool lockTaken = false;
Monitor.TryEnter(syncRoot, 1000, ref lockTaken);
if (lockTaken)
{
    //获取锁后操作
    try
    {
        //代码
    }
    finally
    {
        Monitor.Exit(syncRoot);
    }
}
else
{
    //没有获取锁的操作
}

 

4、SpinLock结构

相对于Monitor垃圾回收导致过高的种类开发,使用SpinLock结构就能有效下跌系统开发。SpinLock的行使方式与Monitor卓殊相像,但因为SpinLock是布局所以在把变量赋值为另三个变量会创立两个副本。

 

5、WaitHandle基类

WaitHandle是3个华而不实基类,用于等待三个信号的设置。能够等待不相同的信号,因为WaitHandle是一个基类,能够从中派生一些类。

 

6、Mutex类

Mutex(mutual exclusion,互斥)是.NET
Framework中提供跨四个线程同步访问的3个类。

在Mutex类的构造函数中,能够钦赐互斥是不是最初由主调线程拥有,定义互斥的称号,得到互斥是不是存在的音讯。

bool createdNew;
var mutex = new Mutex(false, "MyMutex", out createdNew);

系统能够辨认有名称的排斥,能够运用它来禁止应用程序运营一次。

bool createdNew;
var mutex = new Mutex(false, "MyMutex", out createdNew);
if (!createdNew)
{
    Console.WriteLine("每次只能启动一个应用程序");
    Environment.Exit(0);
}
Console.WriteLine("运行中...");

 

7、Semaphore类

信号量是一种计数的互斥锁。要是急需限制能够访问可用能源的线程数,信号量就很有用。

.NET4.5为信号量效用提供了八个类Semaphore和SemaphoreSlim。Semaphore类可以命名,使用系统范围内的能源,允许在差别进程之间联合。SemaphoreSlim类是对较短等待时间展开了优化的轻型版本。

 1 static void Main(string[] args)
 2 {
 3     int taskCount = 6;
 4     int semaphoreCount = 3;
 5     var semaphore = new SemaphoreSlim(semaphoreCount, semaphoreCount);
 6     var tasks = new Task[taskCount];
 7 
 8  
 9     for (int i = 0; i < taskCount; i++)
10     {
11         tasks[i] = Task.Run(() =>
12         {
13             TaskMain(semaphore);
14         });
15     }
16 
17     Task.WaitAll(tasks);
18  
19     Console.WriteLine("所有任务已结束");
20     Console.ReadKey();
21 }
22 
23  
24 private static void TaskMain(SemaphoreSlim semaphore)
25 {
26     bool isCompleted = false;
27     while (!isCompleted)
28     {
29         if (semaphore.Wait(600))
30         {
31             try
32             {
33                 Console.WriteLine("任务{0}锁定了信号", Task.CurrentId);
34                 Thread.Sleep(2000);
35             }
36             finally
37             {
38                 Console.WriteLine("任务{0}释放了信号", Task.CurrentId);
39                 semaphore.Release();
40                 isCompleted = true;
41             }
42         }
43         else
44         {
45             Console.WriteLine("任务{0}超时,等待再次执行", Task.CurrentId);
46         }
47     }
48 }

 

8、Events类

与排斥和信号量对象一样,事件也是二个种类范围内的财富共同方法。为了从托管代码中动用系统事件,.NET
Framework在System.Threading名称空间中提供了马努alReset伊夫nt、AutoReset伊芙nt、ManualReset伊芙ntSlim和Countdown伊夫nt类。

C#中event关键字与那里的event类没有其余关联。

 

9、Barrier类

对于联合,Barrier类卓殊适用于个中办事有多个职务分支且之后又必要统一工作的情景。

 

10、ReaderWriterLockSlim类

为了使锁定机制允许锁定三个读取器访问某些能源,能够运用ReaderWriterLockSlim类。

 

4858.com,(九)Timer类

.NET
Framework提供了多少个Timer类,用于在有些时间距离后调用有些方法。System.Threading.Timer、System.Timers.Timer、System.WIndows.Forms.Timer、System.Web.UI.Timer和System.Windows.Threading.提姆er。

 

(十)数据流

Parallel类、Task类和Parallel
LINQ为数据并行性提供了众多声援。不过,这几个类不可能一直支持数据流的处理,以及互动转换数据。那种情状下,使用System.Threading.Tasks.Dataflow名称空间中的相关类来处理。

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