【轉】編寫高品質代碼改善C#程式的157個建議——建議72：線上程同步中使用訊號量

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建議72：線上程同步中使用訊號量

所謂線程同步，就是多個線程在某個對象上執行等待（也可理解為鎖定該對象），直到該對象被解除鎖定。C#中對象的類型分為參考型別和實值型別。CLR在這兩種類型上的等待是不一樣的。我們可以簡單地理解為在CLR中，實值型別是不能被鎖定的，即不能在一個實值型別對象上執行等待。而在參考型別上的等待機制，又分為兩類：鎖定和訊號同步。

鎖定使用關鍵字lock和類型Monitor。兩者沒有實質區別，前者其實是後者的文法糖。這是最常用的同步技術。

本建議主要討論訊號同步。訊號同步機制中涉及的類型都繼承自抽象類別WaitHandle，這些類型有EventWaitHandle（類型化為AutoResetEvent、ManualResetEvent）、Semaphore以及Mutex。見類圖6-3。

 
圖6-3　同步功能類的類圖
EventWaitHandle（子類為AutoResetEvent、ManualResetEvent）、Semaphore以及Mutex都繼承自WaitHandle，所以它們底層的原理是一致的，維護的都是一個系統核心控制代碼。不過我們仍需簡單地區分這三個類的類型。

EventWaitHandle維護一個由核心產生的布爾類型對象（稱為“阻滯狀態”），如果其值為false，那麼在它上面等待的線程就阻塞。可以調用類型的Set方法將其值設定為true，解除阻塞。EventWaitHandle類型有兩個子類AutoResetEvent和ManualResetEvent，它們的區別並不大，本建議接下來會針對它們闡述如何正確使用訊號量。

Semaphore維護一個由核心產生的整型變數，如果其值為0，則在它上面等待的線程就會阻塞；如果其值大於0，則解除阻塞，同時，每解除一個線程阻塞，其值就減1。

EventWaitHandle和Semaphore提供的都是單應用程式定義域內的線程同步功能，Mutex則不同，它為我們提供了跨應用程式定義域阻塞和解除阻塞線程的能力。

使用訊號機制提供線程同步的一個簡單例子如下所示：

AutoResetEvent autoResetEvent = new AutoResetEvent(false);   private void buttonStartAThread_Click(object sender, EventArgs e)  {      Thread tWork = new Thread(() =>    {          label1.Text = "線程啟動..." + Environment.NewLine;          label1.Text += "開始處理一些實際的工作" + Environment.NewLine;          //省略工作代碼          label1.Text += "我開始等待別的線程給我訊號，才願意繼續下去" + Environment.NewLine;           autoResetEvent.WaitOne();          label1.Text += "我繼續做一些工作，然後結束了！";          //省略工作代碼      });      tWork.IsBackground = true;      tWork.Start();  }   private void buttonSet_Click(object sender, EventArgs e)  {      //給在autoResetEvent上等待的線程一個訊號      autoResetEvent.Set();  } 

 

這是一個簡單的Winform表單程式，其中一個按鈕負責開啟一個新的線程，另一個按鈕負責給剛開啟的那個線程發送訊號。現在詳細解釋其中發生的事情。

AutoResetEvent autoResetEvent = new AutoResetEvent(false); 

 

這段代碼建立了一個同步類型對象autoResetEvent，它設定自己的預設阻滯狀態是false。這意味著任何在它上面進行等待的線程都將被阻滯。所謂等待，就是線上程中應用：

autoResetEvent.WaitOne(); 

 

這說明tWork開始在autoResetEvent上等待任何其他地方給它的訊號。訊號來了，則tWork開始繼續工作，否則就一直等著（即阻滯）。接下來看看主線程中的這句代碼（本例中即UI線程，它相對於線程tWork來說，就是一個“另外的線程”）：

autoResetEvent.Set(); 

 

主線程通過上面這句代碼向在autoResetEvent上等待的線程tWork上下文發送訊號，即將tWork的阻滯狀態設定為true。tWork接收到這個訊號後，開始繼續工作。 這個例子相當簡單，但是已經完整說明了訊號機制的工作原理。 AutoResetEvent和ManualResetEvent的區別是：前者在發送訊號完畢後（即調用Set方法），會自動將自己的阻滯狀態設定為false，而後者則需要進行手動設定。通過一個例子來說明這種區別，如下所示：

AutoResetEvent autoResetEvent = new AutoResetEvent(false);   private void buttonStartAThread_Click(object sender, EventArgs e)  {      StartThread1();      StartThread2();  }   private void StartThread1()  {      Thread tWork1 = new Thread(() =>    {          label1.Text = "線程1啟動..." + Environment.NewLine;          label1.Text += "開始處理一些實際的工作" + Environment.NewLine;          //省略工作代碼          label1.Text += "我開始等待別的線程給我訊號，才願意繼續下去" + Environment.NewLine;          autoResetEvent.WaitOne();          label1.Text += "我繼續做一些工作，然後結束了！";          //省略工作代碼      });      tWork1.IsBackground = true;      tWork1.Start();  }   private void StartThread2()  {      Thread tWork2 = new Thread(() =>    {          label2.Text = "線程2啟動..." + Environment.NewLine;          label2.Text += "開始處理一些實際的工作" + Environment.NewLine;          //省略工作代碼          label2.Text += "我開始等待別的線程給我訊號，才願意繼續下去" + Environment.NewLine;          autoResetEvent.WaitOne();          label2.Text += "我繼續做一些工作，然後結束了！";          //省略工作代碼      });      tWork2.IsBackground = true;      tWork2.Start();  }   private void buttonSet_Click(object sender, EventArgs e)  {      //給在autoResetEvent上等待的線程一個訊號      autoResetEvent.Set();  } 

 

這個例子的本意是要讓新起的兩個背景工作執行緒tWork1和tWork2都阻滯，直到收到主線程的訊號再繼續工作。而程式啟動並執行結果是，只有一個背景工作執行緒繼續工作，另外一個背景工作執行緒則繼續保持阻滯狀態。我想可能大家都已經猜到原因了，即AutoResetEvent發送訊號完畢就在核心中自動將自己的狀態設定回false了，所以另外一個背景工作執行緒相當於根本沒有收到主線程的訊號。

要修正這個問題，可以使用ManualResetEvent。大家可以將其換成ManualResetEvent試一下。

最後，再舉一個需要用到線程同步的實際例子：類比網路通訊。用戶端在運行過程中，伺服器每隔一段的時間會給用戶端發送心跳資料。實際工作中的伺服器和用戶端在網路中是兩台不同的終端，不過在這個例子中我們將其進行了簡化：背景工作執行緒tClient類比用戶端，主線程（UI線程）類比伺服器端。用戶端每3秒檢測是否收到伺服器的心跳資料，如果沒有心跳資料，則顯示網路連接斷開。代碼如下所示：

AutoResetEvent autoResetEvent = new AutoResetEvent(false);   private void buttonStartAThread_Click(object sender, EventArgs e)  {      Thread tClient = new Thread(() =>        {              while (true)              {                  //等3秒，3秒沒有訊號，顯示斷開                  //有訊號，則顯示更新                  bool re = autoResetEvent.WaitOne(3000);                  if (re)                  {                      label1.Text = string.Format("時間：{0}，{1}",                           DateTime.Now.ToString(), "保持串連狀態");                  }                  else                  {                      label1.Text = string.Format("時間：{0}，{1}",                           DateTime.Now.ToString(), "斷開，需要重啟");                  }              }          });      tClient.IsBackground = true;      tClient.Start();  }   private void buttonSet_Click(object sender, EventArgs e)  {      //類比發送心跳資料      autoResetEvent.Set();  } 

 

轉自：《編寫高品質代碼改善C#程式的157個建議》陸敏技

 

【轉】編寫高品質代碼改善C#程式的157個建議——建議72：線上程同步中使用訊號量