【C#】線程問題

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    多線程編程對很多程式員來說並不容易，在啟動訪問相同資料的多個線程時，會間歇性地遇到難以發現的問題。如果使用任務、並行LINQ或Parallel類，也會遇到這些問題。為了避免這一系列問題，開發程式中必須注意同步問題和多個線程可能發生的其它問題。下面我們看一下競爭條件和死結。

一、競爭條件

　　如果兩個或多個線程訪問相同的對象，或者訪問不同步的共用狀態（例如EF的實體），就會出現競爭條件。為了說明競爭條件，我們定義一個StateObject類，它包含一個int欄位和一個ChangeState()方法。在該方法的實現代碼中，驗證狀態變數是否包含5,。如果包含，就遞增其值。然後用Trace.Assert方法來驗證state是否包含6.在給包含5的變數遞增了1後，可能希望變數的值是6,。但是事實卻不一定是這樣的。例如，如果一個線程剛剛執行完If(state==5)這一句代碼，它就被其它線程調用，調度器運行另一個線程。第二個線程剛進入if語句，因為state的值仍是5，所以將它遞增為6.現在，線程1再次被調度，那麼結果state就變成了7，這時就發生的競爭條件。

public class StateObject{    private int state=5;    public void ChangeState(int loop){        if(state==5){            state++;            Trace.Assert(state==6,"發生爭用"+loop+"  loops");        }        state=5;    }}

 

下面通過給任務定義一個方法來驗證這一點，SameTask類的RaceCondition()方法經一個StateObject類作為參數。在一個無限while迴圈中，調用其方法。變數i僅用於標示迴圈次數。

public class SampleTask{    public void RaceCondition(object o){        Trace.Assert(o is StateObject,"o 必須是 StateObject類型");        StateObject state=o as StateObject;        int i=0;        while(true){            state.ChangeState(i++);        }    }}

 

下面我們在Main方法中，建立一個StateObject對象，它由所有任務共用。我們看一下代碼

static void Main(){    var state=new StateObject();    for(int i=0;i<20;i++){        Task.Factory.StartNew(new SampleTask().RaceCondition,state);    }    Thread.Sleep(10000);}

　　

　　運行程式，我們會看到錯誤提示，多次啟動程式，會得到不同的結果，那麼我們如何避免類似的問題呢，我們可以鎖定共用的對象，這可以線上程中完成：用下面的lock語句鎖定線上程中共用的state變數。只有一個線程能在鎖定塊中處理共用的對象。由於這個對象在所有的線程之間共用，因此如果一個線程鎖定了改對象，那麼其他線程就必須等待改鎖的解除。一旦接受鎖定，線程就擁有該鎖定，直到改鎖定塊的你、末尾才解除鎖定。

public class SampleTask{    public void RaceCondition(object o){        Trace.Assert(o is StateObject,"o 必須是 StateObject類型");        StateObject state=o as StateObject;        int i=0;        while(true){            state.ChangeState(i++);            lock(state)            {                state.ChangeState(i++);            }        }    }}

 　　在使用共用對象時，除了進行鎖定外，還可以將共用對象設定為安全執行緒的對象。其中ChangeState()方法包含了lock語句，由於不能鎖定state變數本身（只有參考型別才能用於鎖定），因此定義一個object類型的變數，將它用於lock語句。

public class StateObject{    private int state=5;    private object o=new object();    public void ChangeState(int loop){        lock(o){            if(state==5){            state++;            Trace.Assert(state==6,"發生爭用"+loop+"  loops");        }        state=5;        }    }}

 

二、死結
　　過多的鎖定也會有問題，在死結中，至少有兩個線程被掛起，並等待對象解除鎖定。由於兩個線程都在等待對方，就出現了死結，那麼後麵線程將無限期等待下去。
下面我們看一個死結的例子，我們建立兩個任務，

var state1=new StateObject();var state2=new StateObject();Task.Factory.StartNew(new SampleTask(state1,state2).Deadlock1);Task.Factory.StartNew(new SampleTask(state1,state2).Deadlock1);public class SampleThread{    private StateObject s1;    private StateObject s2;    public SampleThread(StateObject s1,StateObject s2)    {        this.s1=s1;        this.s2=s2;    }        public void Deadlock1()    {        int i=0;        while(true){            lock(s1){                lock(s2){                    s1.ChangeState(i);                    s2.ChangeState(i++);                    Console.WriteLine("{0}",i);                }            }        }    }        public void Deadlock2()    {        int i=0;        while(true){            lock(s2){                lock(s1){                    s1.ChangeState(i);                    s2.ChangeState(i++);                    Console.WriteLine("{0}",i);                }            }        }    }}

　　Deadlock1()和DeadLock2()方法現在改變兩個對象s1、s2的狀態，這容易造成死結，前一個方法先鎖定s1，接著鎖定s2，而兩一個則相反，現在有可能前者s1的鎖定被解除，出現一次線程切換，Deadlock2方法開始運行，並鎖定s2，那麼第二個線程現在等待s1鎖定的解鎖，因為它需要等待，所以線程調度器再次調度第一個線程，但第一個線程在等待s2的解鎖，那麼會造成兩個線程都在等待，只要鎖定塊沒有結束，就不會解鎖，結果就是造成了死結。

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