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C#中的多線程超時處理實踐方案

 更新時間：2018年01月23日 10:53:17   作者：阿子  
這篇文章主要介紹了C#中的多線程超時處理實踐方案，非常不錯，具有參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下

最近我正在處理C＃中關(guān)于timeout行為的一些bug。解決方案非常有意思，所以我在這里分享給廣大博友們。

我要處理的是下面這些情況：

  • 我們做了一個應(yīng)用程序，程序中有這么一個模塊，它的功能向用戶顯示一個消息對話框，15秒后再自動關(guān)閉該對話框。但是，如果用戶手動關(guān)閉對話框，則在timeout時我們無需做任何處理。
  • 程序中有一個漫長的執(zhí)行操作。如果該操作持續(xù)5秒鐘以上，那么請終止這個操作。
  • 我們的的應(yīng)用程序中有執(zhí)行時間未知的操作。當執(zhí)行時間過長時，我們需要顯示一個“進行中”彈出窗口來提示用戶耐心等待。我們無法預(yù)估這次操作會持續(xù)多久，但一般情況下會持續(xù)不到一秒。為了避免彈出窗口一閃而過，我們只想要在1秒后顯示這個彈出窗口。反之，如果在1秒內(nèi)操作完成，則不需要顯示這個彈出窗口。

這些問題是相似的。在超時之后，我們必須執(zhí)行X操作，除非Y在那個時候發(fā)生。

為了找到解決這些問題的辦法，我在試驗過程中創(chuàng)建了一個類：

public class OperationHandler
{
 private IOperation _operation;
 
 public OperationHandler(IOperation operation)
 {
 _operation = operation;
 } 
 public void StartWithTimeout(int timeoutMillis)
 {
 //在超時后需要調(diào)用 "_operation.DoOperation()" 
 } 
 public void StopOperationIfNotStartedYet()
 {
 //在超時期間需要停止"DoOperation" 
 }
}

我的操作類：

public class MyOperation : IOperation
{
 public void DoOperation()
 {
 Console.WriteLine("Operation started");
 }
}
public class MyOperation : IOperation
{
 public void DoOperation()
 {
 Console.WriteLine("Operation started");
 }
}

我的測試程序：

static void Main(string[] args)
{
 var op = new MyOperation();
 var handler = new OperationHandler(op);
 Console.WriteLine("Starting with timeout of 5 seconds");
 handler.StartWithTimeout(5 * 1000);
 Thread.Sleep(6 * 1000);
 
 Console.WriteLine("Starting with timeout of 5 but cancelling after 2 seconds");
 handler.StartWithTimeout(5 * 1000);
 Thread.Sleep(2 * 1000);
 handler.StopOperationIfNotStartedYet();
 
 Thread.Sleep(4 * 1000);
 Console.WriteLine("Finished...");
 Console.ReadLine();
}

結(jié)果應(yīng)該是：

Starting with timeout of 5 seconds
Operation started
Starting with timeout of 5 but cancelling after 2 seconds
Finished...

現(xiàn)在我們可以開始試驗了!

解決方案1：在另一個線程上休眠

我最初的計劃是在另一個不同的線程上休眠，同時用一個布爾值來標記Stop是否被調(diào)用。

public class OperationHandler
{
 private IOperation _operation;
 private bool _stopCalled;

 public OperationHandler(IOperation operation)
 {
 _operation = operation;
 }
 public void StartWithTimeout(int timeoutMillis)
 {
 Task.Factory.StartNew(() =>
 {
  _stopCalled = false;
  Thread.Sleep(timeoutMillis);
  if (!_stopCalled)
  _operation.DoOperation();
 });
 }
 public void StopOperationIfNotStartedYet()
 {
 _stopCalled = true;
 }
}

針對正常的線程執(zhí)行步驟，這段代碼運行過程并沒有出現(xiàn)問題，但是總是感覺有些別扭。仔細探究后，我發(fā)現(xiàn)其中有一些貓膩。首先，在超時期間，有一個線程從線程池中取出后什么都沒做，顯然這個線程是被浪費了。其次，如果程序停止執(zhí)行了，線程會繼續(xù)休眠直到超時結(jié)束，浪費了CPU時間。

但是這些并不是我們這段代碼最糟糕的事情，實際上我們的程序?qū)嵾€存在一個明顯的bug：

如果我們設(shè)置10秒的超時時間，開始操作后，2秒停止，然后在2秒內(nèi)再次開始。

當?shù)诙螁訒r，我們的_stopCalled標志將變成false。然后，當我們的第一個Thread.Sleep()完成時，即使我們?nèi)∠?，它也會調(diào)用DoOperation。

之后，第二個Thread.Sleep()完成，并將第二次調(diào)用DoOperation。結(jié)果導(dǎo)致DoOperation被調(diào)用兩次，這顯然不是我們所期望的。

如果你每分鐘有100次這樣的超時，我將很難捕捉到這種錯誤。

當StopOperationIfNotStartedYet被調(diào)用時，我們需要某種方式來取消DoOperation的調(diào)用。

如果我們嘗試使用計時器呢？

解決方案2：使用計時器

.NET中有三種不同類型的記時器，分別是：

  • System.Windows.Forms命名空間下的Timer控件，它直接繼承自Componet。
  • System.Timers命名空間下的Timer類。
  • System.Threading.Timer類。

這三種計時器中，System.Threading.Timer足以滿足我們的需求。這里是使用Timer的代碼：

public class OperationHandler
{
 private IOperation _operation;
 private Timer _timer;

 public OperationHandler(IOperation operation)
 {
 _operation = operation;
 }
 public void StartWithTimeout(int timeoutMillis)
 {
 if (_timer != null)
  return;

 _timer = new Timer(
  state =>
  {
  _operation.DoOperation();
  DisposeOfTimer();
  }, null, timeoutMillis, timeoutMillis);
 } 
 public void StopOperationIfNotStartedYet()
 {
 DisposeOfTimer();
 }
 private void DisposeOfTimer()
 {
 if (_timer == null)
  return;
 var temp = _timer;
 _timer = null;
 temp.Dispose();
 }
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

Starting with timeout of 5 seconds
Operation started
Starting with timeout of 5 but cancelling after 2 seconds
Finished...

現(xiàn)在當我們停止操作時，定時器被丟棄，這樣就避免了再次執(zhí)行操作。這已經(jīng)實現(xiàn)了我們最初的想法，當然還有另一種方式來處理這個問題。

解決方案3：ManualResetEvent或AutoResetEvent

ManualResetEvent/AutoResetEvent的字面意思是手動或自動重置事件。AutoResetEvent和ManualResetEvent是幫助您處理多線程通信的類。 基本思想是一個線程可以一直等待，知道另一個線程完成某個操作， 然后等待的線程可以“釋放”并繼續(xù)運行。

ManualResetEvent類和AutoResetEvent類請參閱MSDN：

ManualResetEvent類：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.manualresetevent.aspx
AutoResetEvent類：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.threading.autoresetevent.aspx

言歸正傳，在本例中，直到手動重置事件信號出現(xiàn)，mre.WaitOne()會一直等待。 mre.Set()將標記重置事件信號。 ManualResetEvent將釋放當前正在等待的所有線程。AutoResetEvent將只釋放一個等待的線程，并立即變?yōu)闊o信號。WaitOne()也可以接受超時作為參數(shù)。 如果Set()在超時期間未被調(diào)用，則線程被釋放并且WaitOne()返回False。

以下是此功能的實現(xiàn)代碼：

public class OperationHandler
{
 private IOperation _operation;
 private ManualResetEvent _mre = new ManualResetEvent(false);

 public OperationHandler(IOperation operation)
 {
 _operation = operation;
 }
 public void StartWithTimeout(int timeoutMillis)
 {
 _mre.Reset();
 Task.Factory.StartNew(() =>
 {
  bool wasStopped = _mre.WaitOne(timeoutMillis);
  if (!wasStopped)
  _operation.DoOperation();
 });
 } 
 public void StopOperationIfNotStartedYet()
 {
 _mre.Set();
 }
}

執(zhí)行結(jié)果:

Starting with timeout of 5 seconds
Operation started
Starting with timeout of 5 but cancelling after 2 seconds
Finished...

我個人非常傾向于這個解決方案，它比我們使用Timer的解決方案更干凈簡潔。
對于我們提出的簡單功能，ManualResetEvent和Timer解決方案都可以正常工作。 現(xiàn)在讓我們增加點挑戰(zhàn)性。

新的改進需求

假設(shè)我們現(xiàn)在可以連續(xù)多次調(diào)用StartWithTimeout()，而不是等待第一個超時完成后調(diào)用。

但是這里的預(yù)期行為是什么？實際上存在以下幾種可能性：

  1. 在以前的StartWithTimeout超時期間調(diào)用StartWithTimeout時：忽略第二次啟動。
  2. 在以前的StartWithTimeout超時期間調(diào)用StartWithTimeout時：停止初始話Start并使用新的StartWithTimeout。
  3. 在以前的StartWithTimeout超時期間調(diào)用StartWithTimeout時：在兩個啟動中調(diào)用DoOperation。 在StopOperationIfNotStartedYet中停止所有尚未開始的操作（在超時時間內(nèi)）。
  4. 在以前的StartWithTimeout超時期間調(diào)用StartWithTimeout時：在兩個啟動中調(diào)用DoOperation。 在StopOperationIfNotStartedYet停止一個尚未開始的隨機操作。

可能性1可以通過Timer和ManualResetEvent可以輕松實現(xiàn)。 事實上，我們已經(jīng)在我們的Timer解決方案中涉及到了這個。

public void StartWithTimeout(int timeoutMillis)
{
 if (_timer != null)
 return;
 ...
 
 public void StartWithTimeout(int timeoutMillis)
 {
 if (_timer != null)
 return;
 ...
}

可能性2也可以很容易地實現(xiàn)。 這個地方請允許我賣個萌，代碼自己寫哈^_^

可能性3不可能通過使用Timer來實現(xiàn)。 我們將需要有一個定時器的集合。 一旦停止操作，我們需要檢查并處理定時器集合中的所有子項。 這種方法是可行的，但通過ManualResetEvent我們可以非常簡潔和輕松的實現(xiàn)這一點！

可能性4跟可能性3相似，可以通過定時器的集合來實現(xiàn)。

可能性3：使用單個ManualResetEvent停止所有操作

讓我們了解一下這里面遇到的難點：

假設(shè)我們調(diào)用StartWithTimeout 10秒超時。

1秒后，我們再次調(diào)用另一個StartWithTimeout，超時時間為10秒。

再過1秒后，我們再次調(diào)用另一個StartWithTimeout，超時時間為10秒。

預(yù)期的行為是這3個操作會依次10秒、11秒和12秒后啟動。

如果5秒后我們會調(diào)用Stop()，那么預(yù)期的行為就是所有正在等待的操作都會停止, 后續(xù)的操作也無法進行。

我稍微改變下Program.cs，以便能夠測試這個操作過程。 這是新的代碼：

class Program
{
 static void Main(string[] args)
 {
 var op = new MyOperation();
 var handler = new OperationHandler(op);

 Console.WriteLine("Starting with timeout of 10 seconds, 3 times");
 handler.StartWithTimeout(10 * 1000);
 Thread.Sleep(1000);
 handler.StartWithTimeout(10 * 1000);
 Thread.Sleep(1000);
 handler.StartWithTimeout(10 * 1000);

 Thread.Sleep(13 * 1000);

 Console.WriteLine("Starting with timeout of 10 seconds 3 times, but cancelling after 5 seconds");
 handler.StartWithTimeout(10 * 1000);
 Thread.Sleep(1000);
 handler.StartWithTimeout(10 * 1000);
 Thread.Sleep(1000);
 handler.StartWithTimeout(10 * 1000);

 Thread.Sleep(5 * 1000);
 handler.StopOperationIfNotStartedYet();

 Thread.Sleep(8 * 1000);
 Console.WriteLine("Finished...");
 Console.ReadLine();
 }
}

下面就是使用ManualResetEvent的解決方案：

public class OperationHandler
{
 private IOperation _operation;
 private ManualResetEvent _mre = new ManualResetEvent(false);

 public OperationHandler(IOperation operation)
 {
 _operation = operation;
 }
 public void StartWithTimeout(int timeoutMillis)
 {
 Task.Factory.StartNew(() =>
 {
  bool wasStopped = _mre.WaitOne(timeoutMillis);
  if (!wasStopped)
  _operation.DoOperation();
 });
 } 
 public void StopOperationIfNotStartedYet()
 {
 Task.Factory.StartNew(() =>
 {
  _mre.Set();
  Thread.Sleep(10);//This is necessary because if calling Reset() immediately, not all waiting threads will 'proceed'
  _mre.Reset();
 });
 }
}

輸出結(jié)果跟預(yù)想的一樣：

Starting with timeout of 10 seconds, 3 times
Operation started
Operation started
Operation started
Starting with timeout of 10 seconds 3 times, but cancelling after 5 seconds
Finished...

很開森對不對？

當我檢查這段代碼時，我發(fā)現(xiàn)Thread.Sleep（10）是必不可少的，這顯然超出了我的意料。 如果沒有它，除3個等待中的線程之外，只有1-2個線程正在進行。 很明顯的是，因為Reset()發(fā)生得太快，第三個線程將停留在WaitOne()上。

可能性4：單個AutoResetEvent停止一個隨機操作

假設(shè)我們調(diào)用StartWithTimeout 10秒超時。1秒后，我們再次調(diào)用另一個StartWithTimeout，超時時間為10秒。再過1秒后，我們再次調(diào)用另一個StartWithTimeout，超時時間為10秒。然后我們調(diào)用StopOperationIfNotStartedYet()。

目前有3個操作超時，等待啟動。 預(yù)期的行為是其中一個被停止， 其他2個操作應(yīng)該能夠正常啟動。

我們的Program.cs可以像以前一樣保持不變。 OperationHandler做了一些調(diào)整：

public class OperationHandler
{
 private IOperation _operation;
 private AutoResetEvent _are = new AutoResetEvent(false);

 public OperationHandler(IOperation operation)
 {
 _operation = operation;
 }
 public void StartWithTimeout(int timeoutMillis)
 {
 _are.Reset();
 Task.Factory.StartNew(() =>
 {
  bool wasStopped = _are.WaitOne(timeoutMillis);
  if (!wasStopped)
  _operation.DoOperation();
 });
 } 
 public void StopOperationIfNotStartedYet()
 {
 _are.Set();
 }
}

執(zhí)行結(jié)果是：

Starting with timeout of 10 seconds, 3 times
Operation started
Operation started
Operation started
Starting with timeout of 10 seconds 3 times, but cancelling after 5 seconds
Operation started
Operation started
Finished...

結(jié)語

在處理線程通信時，超時后繼續(xù)執(zhí)行某些操作是常見的應(yīng)用。我們嘗試了一些很好的解決方案。一些解決方案可能看起來不錯，甚至可以在特定的流程下工作，但是也有可能在代碼中隱藏著致命的bug。當這種情況發(fā)生時，我們應(yīng)對時需要特別小心。

AutoResetEvent和ManualResetEvent是非常強大的類，我在處理線程通信時一直使用它們。這兩個類非常實用。正在跟線程通信打交道的朋友們，快把它們加入到項目里面吧！

總結(jié)

以上所述是小編給大家介紹的C#中的多線程超時處理實踐方案，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對腳本之家網(wǎng)站的支持！

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