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细说.NET中的多线程(五使用信号量进行同步)

2019-11-14 13:50:01
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上一节主要介绍了使用锁进行同步,本节主要介绍使用信号量进行同步

使用EventWaitHandle信号量进行同步

EventWaitHandle主要用于实现信号灯机制。信号灯主要用于通知等待的线程。主要有两种实现:AutoResetEvent和ManualResetEvent。

AutoResetEvent

AutoResetEvent从字面上理解是一个自动重置的时间。举个例子,假设有很多人等在门外,AutoResetEvent更像一个十字旋转门,每一次只允许一个人进入,进入之后门仍然是关闭状态。

下面的例子演示了使用方式:

using System;using System.Threading;class BasicWaitHandle{    static EventWaitHandle _waitHandle = new AutoResetEvent(false);    static void Main()    {        for (int i = 0; i < 3; i++)            new Thread(Waiter).Start();        for (int i = 0; i < 3; i++)        {            Thread.Sleep(1000);                  // Pause for a second...            Console.WriteLine("通知下一个线程进入");            _waitHandle.Set();                    // Wake up the Waiter.        }        Console.ReadLine();    }    static void Waiter()    {        var threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;        Console.WriteLine("线程 {0} 正在等待", threadId);        _waitHandle.WaitOne();                // 等待通知        Console.WriteLine("线程 {0} 得到通知,可以进入", threadId);    }}

  

双向信号灯

某些情况下,如果你连续的多次使用Set方法通知工作线程,这个时候工作线程可能还没有准备好接收信号,这样的话后面的几次Set通知可能会没有效果。这种情况下,你需要让主线程得到工作线程接收信息的通知再开始发送信息。你可能需要通过两个信号灯实现这个功能。

示例代码:

using System;using System.Threading;class TwoWaySignaling{    static EventWaitHandle _ready = new AutoResetEvent(false);    static EventWaitHandle _go = new AutoResetEvent(false);    static readonly object _locker = new object();    static string _message;    static void Main()    {        new Thread(Work).Start();        _ready.WaitOne();                  // 在工作线程准备接收信息之前需要一直等待        lock (_locker) _message = "床前明月光";        _go.Set();                         // 通知工作线程开始工作        _ready.WaitOne();        lock (_locker) _message = "疑是地上霜";        _go.Set();        _ready.WaitOne();        lock (_locker) _message = "结束";    // 告诉工作线程退出        _go.Set();        Console.ReadLine();    }    static void Work()    {        while (true)        {            _ready.Set();                          // 表示当前线程已经准备接收信号            _go.WaitOne();                         // 工作线程等待通知            lock (_locker)            {                if (_message == "结束") return;        // 优雅的退出~-~                Console.WriteLine(_message);            }        }    }}

生产消费队列

生产消费队列是多线程编程里常见的的需求,他的主要思路是:

  1. 一个队列用来存放工作线程需要用到的数据
  2. 当新的任务加入队列的时候,调用线程不需要等待工作结束
  3. 1个或多个工作线程在后台获取队列中数据信息

示例代码:

using System;using System.Threading;using System.Collections.Generic; class PRoducerConsumerQueue : IDisposable{  EventWaitHandle _wh = new AutoResetEvent (false);  Thread _worker;  readonly object _locker = new object();  Queue<string> _tasks = new Queue<string>();   public ProducerConsumerQueue()  {    _worker = new Thread (Work);    _worker.Start();  }   public void EnqueueTask (string task)  {    lock (_locker) _tasks.Enqueue (task);    _wh.Set();  }   public void Dispose()  {    EnqueueTask (null);     // Signal the consumer to exit.    _worker.Join();         // Wait for the consumer's thread to finish.    _wh.Close();            // Release any OS resources.  }   void Work()  {    while (true)    {      string task = null;      lock (_locker)        if (_tasks.Count > 0)        {          task = _tasks.Dequeue();          if (task == null) return;        }      if (task != null)      {        Console.WriteLine ("Performing task: " + task);        Thread.Sleep (1000);  // simulate work...      }      else        _wh.WaitOne();         // No more tasks - wait for a signal    }  }}

为了保证线程安全,我们使用lock来保护Queue<string>集合。我们也显示的关闭了WaitHandle。

在.NET 4.0中,一个新的类BlockingCollection实现了类似生产者消费者队列的功能。

ManualResetEvent

ManualResetEvent从字面上看是一个需要手动关闭的事件。举个例子:假设有很多人等在门外,它像是一个普通的门,门开启之后,所有等在门外的人都可以进来,当你关闭门之后,不再允许外面的人进来。

示例代码:

using System;using System.Threading;class BasicWaitHandle{    static EventWaitHandle _waitHandle = new ManualResetEvent(false);    static void Main()    {        for (int i = 0; i < 3; i++)            new Thread(Waiter).Start();        Thread.Sleep(1000);                  // Pause for a second...        Console.WriteLine("门已打开,线程进入");        _waitHandle.Set();                    // Wake up the Waiter.        new Thread(Waiter).Start();        Thread.Sleep(2000);        _waitHandle.Reset();        Console.WriteLine("门已关闭,线程阻塞");        new Thread(Waiter).Start();        Console.ReadLine();    }    static void Waiter()    {        var threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;        Console.WriteLine("线程 {0} 正在等待", threadId);        _waitHandle.WaitOne();                // 等待通知        Console.WriteLine("线程 {0} 得到通知,可以进入", threadId);    }}

ManualResetEvent可以在当前线程唤醒所有等待的线程,这一应用非常重要。

CountdownEvent

CountdownEvent的使用和ManualEvent正好相反,是多个线程共同唤醒一个线程。

示例代码:

 

using System;using System.Threading;class CountDownTest{    static CountdownEvent _countdown = new CountdownEvent(3);    static void Main()    {        new Thread(SaySomething).Start("I am thread 1");        new Thread(SaySomething).Start("I am thread 2");        new Thread(SaySomething).Start("I am thread 3");        _countdown.Wait();   // 当前线程被阻塞,直到收到 _countdown发送的三次信号        Console.WriteLine("All threads have finished speaking!");        Console.ReadLine();    }    static void SaySomething(object thing)    {        Thread.Sleep(1000);        Console.WriteLine(thing);        _countdown.Signal();    }}

创建跨进程的EventWaitHandle

EventWaitHandle的构造方法允许创建一个命名的EventWaitHandle,来实现跨进程的信号量操作。名字只是一个简单的字符串,只要保证不会跟其它进程的锁冲突即可。

示例代码:

EventWaitHandle wh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset, "MyCompany.MyApp.SomeName");

  

如果两个进程运行这段代码,信号量会作用于两个进程内所有的线程。


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