C#线程同步的三类情景分析

2020-01-24 02:19:34

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供稿：网友

本文实例讲述了C#线程同步的三类情景，分享给大家供大家参考。具体分析如下：

C# 已经提供了我们几种非常好用的类库如 BackgroundWorker、Thread、Task等，借助它们，我们就能够分分钟编写出一个多线程的应用程序。

比如这样一个需求：有一个 Winform 窗体，点击按钮后，会将窗体中的数据导出到一个 output.pdf 文件中。原先的代码没有采用多线程技术，所以当点击按钮后，整个窗体就变成无响应了。为了解决这个问题，可以使用 Task.Run(()=>{...导出文件的代码});

上面的代码看似简单，却隐藏着种种危机。如果在导出的期间，窗体的数据被修改了，那会怎么样？如果多个窗体同时导出到同一个文件，又会怎么样？

在看完本系列后，你就会清楚了。

有点了解的朋友都知道线程同步有多种手段，什么 mutex、moniter、seamphore、event 等等，我把它们归为三类，对应三种需要线程同步的情景。

情景一：此茅坑有主了

当一个资源同时被多个线程访问时，有可能会造成资源冲突（尤其是在存在多个写线程的时候）的情景。遇到这种情况，在 C# 中，我们可以使用 Interlocked、lock、Moniter、SpinLock、ReadWriteLockSlim、Mutex 来处理问题。

什么情况下会被认为是情景一？

　　当你设计的类中出现静态变量、IO操作时，就会遇到情景一。因为这些资源是由多个对象共享的，不同的线程很同时去访问这些资源时，就可能会出现争用。

　　当一个类被设计成单例，且包含实例变量时，也会遇到情景一。因为实例变量属于这个单例，当多个线程操纵此单例时，该变量可能会被争用。

　　当一个类中的方法调用线程操作某个实例变量时，也会遇到情景一。

情景二：数量有限，先到先得

情景一强调的是一对多的情形，而在情景二中，资源的数量并不唯一。相比于情景一，情景二侧重的是数量上的限制。而用于实现这一需求的类有：Semaphore、SemaphoreSlim。

什么情况下会被认为是情景二？

　　当所操作的公共资源存在并发数限制的时候（如数据库连接、IIS连接数限制等），就被认为是情景二。

情景三：我让你动，你才能动！

情景三关注的是线程执行过程中的先后顺序，而用于保证这种先后顺序的方式就是通过线程通信的方式：ManualResetEventSlim、ManualResetEvent、AutoResetEvent。

什么情况下会被认为是情景三？

当两个线程所处理的事情有先后的依赖时，比如线程二的执行过程依赖线程一的执行结果，那就认为是情景三。

不限使用情景

上面的各种方案并不是绝对只限于某一场景，比如 AutoResetEvent 即可以用于情景三，也可以用于情景一。但是，杀鸡焉用牛刀，虽然使用 AutoResetEvent 能够实现情景一的需求，但是用不了 AutoResetEvent 的线程通信能力，同时又会有一些额外的限制（每个线程必须保证 wait 和 set 的成对使用，否则一个线程在锁定资源后就可能被另一个线程解锁）。

复制代码代码如下:

    lock (m)
    {
        //....
    }

    //等价于如下方式
    autoResetEvent.WaitOne();
    //....
    autoResetEvent.Set();

　　也有朋友说，可以用情景一中的 lock 方案来实现情景三的需求。

    AutoResetEvent autoReset = new AutoResetEvent(false);
    private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        Task.Run(() =>
        {
            autoReset.WaitOne();
            Console.WriteLine("步骤二");
        });

        Thread.Sleep(1000);//故意延迟从而保证第二个线程是在第一个线程之后才执行
        Task.Run(() =>
        {
            Console.WriteLine("步骤一");
            autoReset.Set();
        });
    }

　　上面这个例子最终输出的结果可想而知。此实例说明，不管线程实际的执行顺序如何，AutoResetEvent 都能很容易的保证两个线程的执行顺序。

如果用 lock 呢？

复制代码代码如下:

    private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
    {
        Task.Run(() =>
        {
            lock (s)
            {
                Console.WriteLine("步骤一");
            }
        });
 
        Thread.Sleep(1000);//必须人为确保步骤二的线程要在步骤一的线程之后执行
        Task.Run(() =>
        {
            lock (s)
            {
                Console.WriteLine("步骤二");
            }
        });
    }