C#多線程同步

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在編寫多線程程式時無可避免會碰到線程的同步問題。什麼是線程的同步呢？

舉個例子：假如在一個公司裡面有一個變數記錄某人T的工資count=100，有兩個主管A和B（即背景工作執行緒）在早一些時候拿了這個變數的值回去 ，過了一段時間A主管將T的工資加了5塊，並存回count變數，而B主管將T的工資減去3塊，並存回count變數。好了，本來T君可以得到102塊的工資的，現在就變成98塊了。這就是線程同步要解決的問題。

在.Net的某些對象裡面，在讀取裡面的資料的同時還可以修改資料，這類的對象就是“安全執行緒”。但對於自己編寫的程式碼片段而言，就必須使用線程同步技術來保證資料的完整性和正確性了。

有幾個規律： 1、假如一個對象（或變數）不會同時被多個其他線程訪問，那麼這個對象是不需使用線程同步的。 2、假如雖然有多個線程同時訪問一個對象，但他們所訪問的資料或方法並不相同（不交叉），那這種情況也不需使用線程同步。 例如上例中的那個公司裡面假如有 T 和 Q 兩個人，但他們的工資分別是由 A 和 B 主管的，那麼這個工資的處理就不需要線程同步了。 3、假如一個對象會同時被多個其他線程訪問，一般只需為這個對象添加線程同步的代碼，而其他線程是不需添加額外代碼的。

在C#裡面用於實現線程同步的常用類有如下幾類

1、Mutex類（互斥器），Monitor類，lock方法

2、ManualResetEvent類，AutoResetEvent類（這兩個都是由EventWaitHandle類派生出來的）

3、ReaderWriterLock類

同一類的作用都差不多：其中 第一類的作用是：用來保護某段代碼在執行的時候以獨佔的方式執行，這時假如有第二個線程想訪問這個對象時就會被暫停。一直等到獨佔的 代碼執行為止。就好比一堆人同時上一個公用廁所一樣，使用這個方法就可以解決文章一開始時提出的問題：主管A要處理T君的工資之前，先lock一下T君，然後取出目前的count值，處理完之後再解除T君的鎖定。假如主管B在主管A處理工資時也想取出count值，那麼它只能是一直地等待A處理完之後才能繼續。使用這個方法的一個缺點就是會降低程式的效率。本來是一個多個線程的操作，一旦碰到lock的語句時，那麼這些線程只要排隊處理，形同一個單線程操作。

下面舉個例子說明一下這三個方法的使用： 假定有一個Tools類，裡面一個int變數，還有Add和Delete方法，其中Add方法會使int變數的值增加，Delete方法使int變數值減少：

        public class Tools        {            private int count = 100;            public void Add(int n)            {                count += n;            }            public void Delete(int n)            {                count -= n;            }        } 

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在多個線程同時訪問這段代碼時，因為一個語句會被編譯器編譯成多個指令，所以會可能出現這種情況：但某個線程調用Add方法時，這時的count值為 100，而正當要加上n的時候，另外一個線程調用了Delete，它要減去m，結果count加上了n，然後又在原先count=100的值的情況
下減掉了m，最後的結果是count被減去了m,而沒有加上n。很明顯Add方法和Delete方法是不能同時被調用的，所以必須進行線程同步處理。簡單的方法是用lock語句：

        public class Tools        {            private object abcde = new object();            private int count = 100;            public void Add(int n)            {                lock (abcde)                {                    count += n;                }            }            public void Delete(int n)            {                lock (abcde)                {                    count -= n;                }            }        } 

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其中abcde是一個private級的內部變數，它不表示任何的意義，只是作為一種“令牌”的角色。 當執行Add方法中的lock(abcde)方法時，這個令牌就在Add方法的手中了，假如這時有第二個線程也想拿這個令牌，沒門，惟有等待。一旦第一 個lock語句的花括弧範圍結束之後，這時令牌就被釋放了，同時會迅速落到第二個線程的手中，並且排除其他後來的人。

使用Monitor類的方法大致一樣：

        public class Tools        {            private object abcde = new object();            private int count = 100;            public void Add(int n)            {                Monitor.Enter(abcde);                count += n;                Monitor.Exit(abcde);            }            public void Delete(int n)            {                Monitor.Enter(abcde);                count -= n;                Monitor.Exit(abcde);            }        }

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Monitor的常用方法：Enter和Exit都是靜態方法，作用跟lock語句的兩個花括弧一樣。
而使用 Mutex 就不需聲明一個“令牌”對象了，但要執行個體化之後才可以使用：

public class Tools { private Mutex mut = new Mutex(); private int count = 100; public void Add(int n) { mut.WaitOne(); count+=n; mut.ReleaseMutex(); } public void Delete(int n) { mut.WaitOne(); count-=n; mut.ReleaseMutex(); } } 

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其中的WaitOne為等待方法，一直等到Mutex 被釋放為止。初始的情況下，Mutex 對象是處於釋放狀態的，而一旦執行了WaitOne方法之後，它 就被捕捉了，一直到被調用了ReleaseMutex方法之後才被釋放。

使用這三種方法都有一個要注重的問題，就是在獨佔程式碼片段裡面假如引起了異常，可能會使“令牌”對象不被釋放，這樣程式就會一直地死等下去了。 所以要在獨佔程式碼片段裡面處理好異常。例如下面這樣的代碼就是錯誤的：

      public void Add(int n)      {            try            {                mut.WaitOne();                count += n;                //....這裡省略了N行代碼                 //....這裡是有可能引起異常的代碼                 //....這裡省略了N行代碼                 mut.ReleaseMutex();            }            catch            {                Console.Writeline("error.");            }        } 

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上面的代碼一旦在try和catch裡面發生了異常，那麼Mutex就不能被釋放，後面的程式就會卡死在WaitOne()一行，而應該改成這樣：

       public void Add(int n)        {            mut.WaitOne();            try            {                count += n;                //....這裡省略了N行代碼                 //....這裡是有可能引起異常的代碼                 //....這裡省略了N行代碼             }            catch            {                Console.Writeline("error.");            }            mut.ReleaseMutex();        } 

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現在談一下第二種： ManualResetEvent類，AutoResetEvent類

上面這兩個類都是由EventWaitHandle類派生出來的，所以功能和調用方法都很相似。 這兩個類常用於阻斷某個線程的執行，然後在合格情況下再恢複其執行。 舉個例子，你想送花給一個MM，託了一個送花的小夥子送了過去，而你希望當MM收到花之後就立即打個電話過去告訴她。

但問題是你不知道花什麼時候才送到MM的手裡，打早了打遲了都不好，這時你可以使用ManualResetEvent對象幫忙。當委

托小夥子送花過去的時候，使用ManualResetEvent的WaitOne方法進行等待。當小夥子把花送到MM的手中時，再調用一下

ManualResetEvent的Set方法，你就可以準時地打電話過去了。 另外ManualResetEvent還有一個Reset方法，用來重新阻斷調用者執行的，情況就好比你委託了這個小夥子送花給N個MM，

而又想準時地給這N個MM打電話的情況一樣。

using System;using System.Threading;public class TestMain{    private static ManualResetEvent ent = new ManualResetEvent(false);    public static void Main()    {        Boy sender = new Boy(ent);        Thread th = new Thread(new ThreadStart(sender.SendFlower));        th.Start();        ent.WaitOne(); //等待工作         Console.WriteLine("收到了吧，花是我送嘀:)");        Console.ReadLine();    }}public class Boy{    ManualResetEvent ent;    public Boy(ManualResetEvent e)    {        ent = e;    }    public void SendFlower()    {        Console.WriteLine("正在送花的途中");        for (int i = 0; i < 10; i++)        {            Thread.Sleep(200);            Console.Write("..");        }        Console.WriteLine("\r\n花已經送到MM手中了,boss");        ent.Set(); //通知阻塞程式     }}

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而AutoResetEvent類故名思意，就是在每次Set完之後自動Reset。讓執行程式重新進入阻塞狀態。
即AutoResetEvent.Set() 相當於 ManualResetEvent.Set() 之後又立即 ManualResetEvent.Reset()，
其他的就沒有什麼不同的了。
舉個送花給N個MM的例子：

using System;using System.Threading;public class TestMain{    private static AutoResetEvent ent = new AutoResetEvent(false);    public static void Main()    {        Boy sender = new Boy(ent);        for (int i = 0; i < 3; i++)        {            Thread th = new Thread(new ThreadStart(sender.SendFlower));            th.Start();            ent.WaitOne(); //等待工作             Console.WriteLine("收到了吧，花是我送嘀:)\r\n\r\n");        }        Console.ReadLine();    }}public class Boy{    AutoResetEvent ent;    public Boy(AutoResetEvent e)    {        ent = e;    }    public void SendFlower()    {        Console.WriteLine("正在送花的途中");        for (int i = 0; i < 10; i++)        {            Thread.Sleep(200);            Console.Write("..");        }        Console.WriteLine("\r\n花已經送到MM手中了,boss");        ent.Set(); //通知阻塞程式,這裡的效果相當於 ManualResetEvent的Set()方法+Reset()方法     }}

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要注重的是ManualResetEvent和AutoResetEvent 的建構函式都有一個bool的參數，用這個參數可以指定初始情況下，同步對象的處於阻塞（設定為false）還是非阻塞（設定為true）的狀態。
另外WaitOne方法也可以帶兩個參數：
WaitOne (int millisecondsTimeout,bool exitContext)
millisecondsTimeout：等待的毫秒數，或為 Timeout.Infinite (-1)，表示無限期等待。
exitContext：為 true，則等待之前先退出內容相關的同步域（假如在同步上下文中），然後在稍後重新擷取它；否則為false。
就是說，等待是可以加上一個期限的，假如等待的同步對象一直都不Set()的話，那麼程式就會卡死，所以在WaitOne方法裡面可以放置一個時間期限，單位是毫秒。

 

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