C#線程同步的三類情景分析
本文實(shí)例講述了C#線程同步的三類情景,分享給大家供大家參考。具體分析如下:
C# 已經(jīng)提供了我們幾種非常好用的類庫(kù)如 BackgroundWorker、Thread、Task等,借助它們,我們就能夠分分鐘編寫出一個(gè)多線程的應(yīng)用程序。
比如這樣一個(gè)需求:有一個(gè) Winform 窗體,點(diǎn)擊按鈕后,會(huì)將窗體中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到一個(gè) output.pdf 文件中。原先的代碼沒(méi)有采用多線程技術(shù),所以當(dāng)點(diǎn)擊按鈕后,整個(gè)窗體就變成無(wú)響應(yīng)了。為了解決這個(gè)問(wèn)題,可以使用 Task.Run(()=>{...導(dǎo)出文件的代碼});
上面的代碼看似簡(jiǎn)單,卻隱藏著種種危機(jī)。如果在導(dǎo)出的期間,窗體的數(shù)據(jù)被修改了,那會(huì)怎么樣?如果多個(gè)窗體同時(shí)導(dǎo)出到同一個(gè)文件,又會(huì)怎么樣?
在看完本系列后,你就會(huì)清楚了。
有點(diǎn)了解的朋友都知道線程同步有多種手段,什么 mutex、moniter、seamphore、event 等等,我把它們歸為三類,對(duì)應(yīng)三種需要線程同步的情景。
情景一:此茅坑有主了
當(dāng)一個(gè)資源同時(shí)被多個(gè)線程訪問(wèn)時(shí),有可能會(huì)造成資源沖突(尤其是在存在多個(gè)寫線程的時(shí)候)的情景。遇到這種情況,在 C# 中,我們可以使用 Interlocked、lock、Moniter、SpinLock、ReadWriteLockSlim、Mutex 來(lái)處理問(wèn)題。
什么情況下會(huì)被認(rèn)為是情景一?
當(dāng)你設(shè)計(jì)的類中出現(xiàn)靜態(tài)變量、IO操作時(shí),就會(huì)遇到情景一。因?yàn)檫@些資源是由多個(gè)對(duì)象共享的,不同的線程很同時(shí)去訪問(wèn)這些資源時(shí),就可能會(huì)出現(xiàn)爭(zhēng)用。
當(dāng)一個(gè)類被設(shè)計(jì)成單例,且包含實(shí)例變量時(shí),也會(huì)遇到情景一。因?yàn)閷?shí)例變量屬于這個(gè)單例,當(dāng)多個(gè)線程操縱此單例時(shí),該變量可能會(huì)被爭(zhēng)用。
當(dāng)一個(gè)類中的方法調(diào)用線程操作某個(gè)實(shí)例變量時(shí),也會(huì)遇到情景一。
情景二:數(shù)量有限,先到先得
情景一強(qiáng)調(diào)的是一對(duì)多的情形,而在情景二中,資源的數(shù)量并不唯一。相比于情景一,情景二側(cè)重的是數(shù)量上的限制。而用于實(shí)現(xiàn)這一需求的類有:Semaphore、SemaphoreSlim。
什么情況下會(huì)被認(rèn)為是情景二?
當(dāng)所操作的公共資源存在并發(fā)數(shù)限制的時(shí)候(如數(shù)據(jù)庫(kù)連接、IIS連接數(shù)限制等),就被認(rèn)為是情景二。
情景三:我讓你動(dòng),你才能動(dòng)!
情景三關(guān)注的是線程執(zhí)行過(guò)程中的先后順序,而用于保證這種先后順序的方式就是通過(guò)線程通信的方式:ManualResetEventSlim、ManualResetEvent、AutoResetEvent。
什么情況下會(huì)被認(rèn)為是情景三?
當(dāng)兩個(gè)線程所處理的事情有先后的依賴時(shí),比如線程二的執(zhí)行過(guò)程依賴線程一的執(zhí)行結(jié)果,那就認(rèn)為是情景三。
不限使用情景
上面的各種方案并不是絕對(duì)只限于某一場(chǎng)景,比如 AutoResetEvent 即可以用于情景三,也可以用于情景一。但是,殺雞焉用牛刀,雖然使用 AutoResetEvent 能夠?qū)崿F(xiàn)情景一的需求,但是用不了 AutoResetEvent 的線程通信能力,同時(shí)又會(huì)有一些額外的限制(每個(gè)線程必須保證 wait 和 set 的成對(duì)使用,否則一個(gè)線程在鎖定資源后就可能被另一個(gè)線程解鎖)。
{
//....
}
//等價(jià)于如下方式
autoResetEvent.WaitOne();
//....
autoResetEvent.Set();
也有朋友說(shuō),可以用情景一中的 lock 方案來(lái)實(shí)現(xiàn)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("步驟二");
});
Thread.Sleep(1000);//故意延遲從而保證第二個(gè)線程是在第一個(gè)線程之后才執(zhí)行
Task.Run(() =>
{
Console.WriteLine("步驟一");
autoReset.Set();
});
}
上面這個(gè)例子最終輸出的結(jié)果可想而知。此實(shí)例說(shuō)明,不管線程實(shí)際的執(zhí)行順序如何,AutoResetEvent 都能很容易的保證兩個(gè)線程的執(zhí)行順序。
如果用 lock 呢?
{
Task.Run(() =>
{
lock (s)
{
Console.WriteLine("步驟一");
}
});
Thread.Sleep(1000);//必須人為確保步驟二的線程要在步驟一的線程之后執(zhí)行
Task.Run(() =>
{
lock (s)
{
Console.WriteLine("步驟二");
}
});
}
雖然能實(shí)現(xiàn),但是需要花費(fèi)額外的代碼去人為保證兩個(gè)線程的執(zhí)行順序。
如何在這么多方案中確定最終所使用的,需要你能對(duì)項(xiàng)目的各種情景進(jìn)行分析,根據(jù)實(shí)際情景選擇對(duì)應(yīng)的方案,而不至于大材小用。
總 結(jié)
通過(guò)本系列文章的介紹,相信能讓大家能對(duì)多線程中可能碰到的情景有一個(gè)概念,不至于在面臨多線程的時(shí)候手忙腳亂。
希望本文所述對(duì)大家的C#程序設(shè)計(jì)有所幫助。
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