C#多線程同步不同實(shí)現(xiàn)方式小結(jié)
AutoResetEvent
class MainClass { // the array of consumer threads private static List<Thread> consumers = new List<Thread> (); // the task queue private static Queue<Action> tasks = new Queue<Action>(); // the synchronisation object for locking the task queue private static readonly object queueLock = new object(); // this wait handle notifies consumers of a new task private static EventWaitHandle newTaskAvailable = new AutoResetEvent (false); // the synchronisation object for locking the console color private static readonly object consoleLock = new object(); // enqueue a new task private static void EnqueueTask (Action task) { lock (queueLock) { tasks.Enqueue (task); } newTaskAvailable.Set(); } // thread work method for consumers private static void DoWork(ConsoleColor color) { while (true) { // get a new task Action task = null; lock (queueLock) { if (tasks.Count > 0) { task = tasks.Dequeue (); } } if (task != null) { // set console to this task's color lock (consoleLock) { Console.ForegroundColor = color; } // execute task task (); } else // queue is empty - wait for a new task newTaskAvailable.WaitOne(); } } public static void Main (string[] args) { // set up 3 consumers consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Red); })); consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Green); })); consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Blue); })); // start all consumers consumers.ForEach ( (t) => { t.Start (); }); while (true) { // add a new task Random r = new Random(); EnqueueTask ( () => { // the task is to write a random number to the console int number = r.Next (10); Console.Write (number); }); // random sleep to simulate workload Thread.Sleep (r.Next (1000)); } } }
這段代碼實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型,其中有一個(gè)生產(chǎn)者(在Main方法中模擬)和多個(gè)消費(fèi)者(在這個(gè)例子中是三個(gè)線程,每個(gè)線程代表一個(gè)消費(fèi)者)。這個(gè)模型通過共享的任務(wù)隊(duì)列來同步生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的工作。
代碼功能概述:
任務(wù)隊(duì)列:使用
Queue<Action>
來存儲(chǔ)待執(zhí)行的任務(wù)(在這里,任務(wù)被定義為無參數(shù)的Action
委托)。生產(chǎn)者:在
Main
方法中,通過無限循環(huán)不斷生成新的任務(wù)(打印一個(gè)隨機(jī)數(shù)到控制臺(tái)),并將這些任務(wù)添加到任務(wù)隊(duì)列中。生產(chǎn)者每生成一個(gè)任務(wù)后,會(huì)隨機(jī)等待一段時(shí)間(模擬工作負(fù)載)。消費(fèi)者:有三個(gè)消費(fèi)者線程,每個(gè)線程都執(zhí)行相同的
DoWork
方法,但傳入不同的控制臺(tái)顏色參數(shù)。消費(fèi)者線程從任務(wù)隊(duì)列中取出任務(wù)并執(zhí)行(即調(diào)用任務(wù)委托),同時(shí)在執(zhí)行任務(wù)前將控制臺(tái)顏色設(shè)置為自己的顏色。如果任務(wù)隊(duì)列為空,消費(fèi)者線程將等待(通過newTaskAvailable.WaitOne()
),直到生產(chǎn)者通知它們有新的任務(wù)可用。同步機(jī)制:
- 使用
queueLock
對象來同步對任務(wù)隊(duì)列的訪問,確保在添加或移除任務(wù)時(shí)不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)競爭。 - 使用
newTaskAvailable
(AutoResetEvent
)來通知消費(fèi)者有新的任務(wù)可用。當(dāng)生產(chǎn)者將任務(wù)放入隊(duì)列后,它會(huì)設(shè)置這個(gè)事件,從而喚醒一個(gè)等待的消費(fèi)者線程。 - 使用
consoleLock
對象來同步對控制臺(tái)顏色的設(shè)置,防止多個(gè)消費(fèi)者線程同時(shí)更改控制臺(tái)顏色。
- 使用
代碼執(zhí)行流程:
初始化:在
Main
方法中,創(chuàng)建并啟動(dòng)三個(gè)消費(fèi)者線程,每個(gè)線程都執(zhí)行DoWork
方法,但傳入不同的控制臺(tái)顏色參數(shù)。生產(chǎn)者循環(huán):
Main
方法進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán),不斷生成新的任務(wù)(打印隨機(jī)數(shù)到控制臺(tái)),并將這些任務(wù)添加到任務(wù)隊(duì)列中。每生成一個(gè)任務(wù)后,生產(chǎn)者會(huì)隨機(jī)等待一段時(shí)間。消費(fèi)者工作:每個(gè)消費(fèi)者線程都進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán),嘗試從任務(wù)隊(duì)列中取出任務(wù)。如果隊(duì)列不為空,它們將設(shè)置控制臺(tái)顏色為自己的顏色,執(zhí)行任務(wù)(打印隨機(jī)數(shù)),然后再次嘗試從隊(duì)列中取出任務(wù)。如果隊(duì)列為空,它們將等待
newTaskAvailable
事件被設(shè)置,這通常發(fā)生在生產(chǎn)者將新任務(wù)添加到隊(duì)列后。持續(xù)運(yùn)行:這個(gè)過程將持續(xù)進(jìn)行,因?yàn)樯a(chǎn)者和消費(fèi)者都運(yùn)行在無限循環(huán)中。在實(shí)際應(yīng)用中,您可能需要添加某種退出機(jī)制來優(yōu)雅地停止程序。
ManualResetEvent
class MainClass { // the array of consumer threads private static List<Thread> consumers = new List<Thread> (); // the task queue private static Queue<Action> tasks = new Queue<Action>(); // the synchronisation object for locking the task queue private static readonly object queueLock = new object(); // this wait handle notifies consumers of a new task private static EventWaitHandle newTaskAvailable = new AutoResetEvent (false); // this wait handle pauses consumers private static EventWaitHandle pauseConsumers = new ManualResetEvent (true); // the synchronisation object for locking the console color private static readonly object consoleLock = new object(); // enqueue a new task private static void EnqueueTask (Action task) { lock (queueLock) { tasks.Enqueue (task); } newTaskAvailable.Set(); } // thread work method for consumers private static void DoWork(ConsoleColor color) { while (true) { // check if producer asked us to pause pauseConsumers.WaitOne (); // get a new task Action task = null; lock (queueLock) { if (tasks.Count > 0) { task = tasks.Dequeue (); } } if (task != null) { // set console to this task's color lock (consoleLock) { Console.ForegroundColor = color; } // execute task task (); } else // queue is empty - wait for a new task newTaskAvailable.WaitOne(); } } public static void Main (string[] args) { // set up 3 consumers consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Red); })); consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Green); })); consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Blue); })); // start all consumers consumers.ForEach ( (t) => { t.Start (); }); bool consumersPaused = false; while (true) { // add a new task Random r = new Random(); EnqueueTask ( () => { // the task is to write a random number to the console int number = r.Next (10); Console.Write (number); }); // random sleep to simulate workload Thread.Sleep (r.Next (1000)); // pressing any key pauses/unpauses the consumers if (Console.KeyAvailable) { Console.Read (); if (consumersPaused) { pauseConsumers.Set (); Console.WriteLine ("Consumers resumed"); } else { pauseConsumers.Reset (); Console.WriteLine ("Consumers paused"); } consumersPaused = !consumersPaused; } } } }
這段代碼實(shí)現(xiàn)了一個(gè)帶有暫停/恢復(fù)功能的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型,其中包含一個(gè)生產(chǎn)者(在Main
方法中模擬)和三個(gè)消費(fèi)者線程。這個(gè)模型通過共享的任務(wù)隊(duì)列來同步生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的工作,并且允許用戶通過按鍵操作來暫?;蚧謴?fù)消費(fèi)者的執(zhí)行。
代碼功能概述:
任務(wù)隊(duì)列:使用
Queue<Action>
來存儲(chǔ)待執(zhí)行的任務(wù)。同步機(jī)制:
queueLock
:用于同步對任務(wù)隊(duì)列的訪問,確保在添加或移除任務(wù)時(shí)不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)競爭。newTaskAvailable
(AutoResetEvent
):當(dāng)生產(chǎn)者將新任務(wù)添加到隊(duì)列時(shí),設(shè)置此事件以通知一個(gè)等待的消費(fèi)者線程。pauseConsumers
(ManualResetEvent
):允許生產(chǎn)者(或用戶)暫停和恢復(fù)消費(fèi)者的執(zhí)行。consoleLock
:用于同步對控制臺(tái)顏色的設(shè)置,防止多個(gè)消費(fèi)者線程同時(shí)更改控制臺(tái)顏色。
消費(fèi)者線程:三個(gè)消費(fèi)者線程分別執(zhí)行
DoWork
方法,但傳入不同的控制臺(tái)顏色參數(shù)。消費(fèi)者線程無限循環(huán)地等待新任務(wù),如果任務(wù)隊(duì)列中有任務(wù),則取出任務(wù)并執(zhí)行,同時(shí)設(shè)置控制臺(tái)顏色為自己的顏色。如果任務(wù)隊(duì)列為空,則等待newTaskAvailable
事件被設(shè)置。此外,消費(fèi)者還會(huì)檢查pauseConsumers
事件是否被設(shè)置,如果被設(shè)置,則暫停執(zhí)行直到被重置。生產(chǎn)者:在
Main
方法中模擬,不斷生成新的任務(wù)(打印一個(gè)隨機(jī)數(shù)到控制臺(tái))并添加到任務(wù)隊(duì)列中。每生成一個(gè)任務(wù)后,生產(chǎn)者會(huì)隨機(jī)等待一段時(shí)間(模擬工作負(fù)載)。此外,生產(chǎn)者還檢查控制臺(tái)是否有按鍵輸入,如果有,則切換消費(fèi)者的暫停/恢復(fù)狀態(tài)。
代碼執(zhí)行流程:
初始化:創(chuàng)建并啟動(dòng)三個(gè)消費(fèi)者線程,每個(gè)線程都執(zhí)行
DoWork
方法,但傳入不同的控制臺(tái)顏色參數(shù)。生產(chǎn)者循環(huán):
Main
方法進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán),不斷生成新的任務(wù)(打印隨機(jī)數(shù)到控制臺(tái)),并將這些任務(wù)添加到任務(wù)隊(duì)列中。每生成一個(gè)任務(wù)后,生產(chǎn)者會(huì)隨機(jī)等待一段時(shí)間。同時(shí),生產(chǎn)者檢查控制臺(tái)是否有按鍵輸入,并根據(jù)按鍵切換消費(fèi)者的暫停/恢復(fù)狀態(tài)。消費(fèi)者工作:每個(gè)消費(fèi)者線程都進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán),首先檢查
pauseConsumers
事件是否被設(shè)置,如果被設(shè)置則等待。然后嘗試從任務(wù)隊(duì)列中取出任務(wù),如果隊(duì)列不為空,則設(shè)置控制臺(tái)顏色并執(zhí)行任務(wù);如果隊(duì)列為空,則等待newTaskAvailable
事件被設(shè)置。暫停/恢復(fù):用戶可以通過按任意鍵來切換消費(fèi)者的暫停/恢復(fù)狀態(tài)。如果消費(fèi)者當(dāng)前是暫停狀態(tài),則按鍵將喚醒它們并繼續(xù)執(zhí)行;如果消費(fèi)者當(dāng)前是運(yùn)行狀態(tài),則按鍵將使它們暫停執(zhí)行。
CountdownEvent
class MainClass { // the array of consumer threads private static List<Thread> consumers = new List<Thread> (); // the task queue private static Queue<Action> tasks = new Queue<Action>(); // the synchronisation object for locking the task queue private static readonly object queueLock = new object(); // this wait handle notifies consumers of a new task private static EventWaitHandle newTaskAvailable = new AutoResetEvent (false); // the wait handle to quit consumers private static CountdownEvent quitConsumers = new CountdownEvent (3); // the flag to request that consumers quit private static bool quitRequested = false; // the synchronisation object for quitting consumers private static readonly object quitLock = new object (); // the synchronisation object for locking the console color private static readonly object consoleLock = new object(); // enqueue a new task private static void EnqueueTask (Action task) { lock (queueLock) { tasks.Enqueue (task); } newTaskAvailable.Set(); } // thread work method for consumers private static void DoWork(ConsoleColor color) { while (true) { // check if someone asked us to quit lock (quitLock) { if (quitRequested) { Console.WriteLine ("Consumer {0} is quitting", color); quitConsumers.Signal (); break; } } // get a new task Action task = null; lock (queueLock) { if (tasks.Count > 0) { task = tasks.Dequeue (); } } if (task != null) { // set console to this task's color lock (consoleLock) { Console.ForegroundColor = color; } // execute task task (); } else // queue is empty - wait for a new task newTaskAvailable.WaitOne(1000); } } public static void Main (string[] args) { // set up 3 consumers consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Red); })); consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Green); })); consumers.Add(new Thread ( () => { DoWork(ConsoleColor.Blue); })); // start all consumers consumers.ForEach ( (t) => { t.Start (); }); int iterations = 0; while (true) { // add a new task Random r = new Random(); EnqueueTask ( () => { // the task is to write a random number to the console int number = r.Next (10); Console.Write (number); }); // random sleep to simulate workload Thread.Sleep (r.Next (1000)); // quit after 10 iterations if (iterations++ >= 10) { // request consumer quit lock (quitLock) { quitRequested = true; } // wait until all consumers have signalled quitConsumers.Wait (); Console.WriteLine ("All consumers have quit"); break; } } } }
這個(gè)代碼實(shí)現(xiàn)了一個(gè)帶有優(yōu)雅退出機(jī)制的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型。它創(chuàng)建了三個(gè)消費(fèi)者線程,這些線程從共享的任務(wù)隊(duì)列中取出并執(zhí)行任務(wù)。與之前的代碼相比,這個(gè)代碼添加了以下主要功能和改進(jìn):
優(yōu)雅退出機(jī)制:
- 引入了
quitRequested
標(biāo)志和quitLock
同步對象,用于控制消費(fèi)者線程的退出請求。 - 使用
CountdownEvent
(quitConsumers
)來等待所有消費(fèi)者線程都完成退出前的清理工作并發(fā)出信號。 - 當(dāng)生產(chǎn)者決定退出時(shí),它會(huì)將
quitRequested
標(biāo)志設(shè)置為true
,并通過quitConsumers.Wait()
等待所有消費(fèi)者線程都調(diào)用quitConsumers.Signal()
來確認(rèn)它們已經(jīng)準(zhǔn)備好退出。
- 引入了
消費(fèi)者線程的退出邏輯:
- 每個(gè)消費(fèi)者線程在循環(huán)開始時(shí)都會(huì)檢查
quitRequested
標(biāo)志。如果設(shè)置為true
,則消費(fèi)者將打印一條退出消息,調(diào)用quitConsumers.Signal()
來通知生產(chǎn)者它已準(zhǔn)備好退出,并退出循環(huán)。 - 注意,消費(fèi)者在退出前會(huì)釋放控制臺(tái)顏色的鎖(
consoleLock
),但在這個(gè)特定的例子中,由于退出是在沒有任務(wù)可執(zhí)行的空閑時(shí)間發(fā)生的,所以這一步實(shí)際上可能是多余的,因?yàn)橥顺鰰r(shí)不會(huì)再次訪問控制臺(tái)顏色。
- 每個(gè)消費(fèi)者線程在循環(huán)開始時(shí)都會(huì)檢查
任務(wù)隊(duì)列的輪詢:
- 消費(fèi)者在任務(wù)隊(duì)列為空時(shí)會(huì)調(diào)用
newTaskAvailable.WaitOne(1000)
,這是一個(gè)帶超時(shí)的等待調(diào)用。這意味著如果1000毫秒內(nèi)沒有新任務(wù)到來,消費(fèi)者將停止等待并再次檢查退出條件。這有助于防止消費(fèi)者線程在隊(duì)列為空時(shí)永久掛起。
- 消費(fèi)者在任務(wù)隊(duì)列為空時(shí)會(huì)調(diào)用
生產(chǎn)者的迭代次數(shù)限制:
- 生產(chǎn)者在一個(gè)循環(huán)中運(yùn)行,但只執(zhí)行有限次數(shù)的迭代(在這個(gè)例子中是10次)。每次迭代都會(huì)向任務(wù)隊(duì)列中添加一個(gè)新任務(wù),并在迭代之間隨機(jī)等待一段時(shí)間以模擬工作負(fù)載。
- 當(dāng)達(dá)到迭代次數(shù)限制時(shí),生產(chǎn)者會(huì)請求消費(fèi)者退出,并等待所有消費(fèi)者都準(zhǔn)備好退出。
其他同步機(jī)制:
- 代碼仍然使用
queueLock
來同步對任務(wù)隊(duì)列的訪問,以防止數(shù)據(jù)競爭。 consoleLock
用于同步對控制臺(tái)顏色的訪問,以確保當(dāng)多個(gè)消費(fèi)者線程嘗試同時(shí)更改控制臺(tái)顏色時(shí)不會(huì)發(fā)生沖突。
- 代碼仍然使用
代碼執(zhí)行流程:
- 程序初始化三個(gè)消費(fèi)者線程,并將它們啟動(dòng)。
- 生產(chǎn)者在一個(gè)循環(huán)中運(yùn)行,每次迭代都向任務(wù)隊(duì)列中添加一個(gè)新任務(wù),并隨機(jī)等待一段時(shí)間。
- 當(dāng)達(dá)到迭代次數(shù)限制時(shí),生產(chǎn)者請求消費(fèi)者退出,并等待它們確認(rèn)。
- 一旦所有消費(fèi)者都確認(rèn)退出,生產(chǎn)者將打印一條消息,并退出程序。
Barrier
class MainClass { // wait handles to rendezvous threads public static Barrier barrier = new Barrier(3, b => Console.WriteLine("All threads have reached the barrier.")); // thread work method public static void DoWork() { for (int i = 0; i < 5; i++) { Console.Write(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId + ": " + i + " "); // rendezvous with other threads barrier.SignalAndWait(); } } public static void Main(string[] args) { // start three threads new Thread(DoWork).Start(); new Thread(DoWork).Start(); new Thread(DoWork).Start(); // Keep the main thread alive to prevent the program from exiting before the threads finish Console.WriteLine("Press Enter to exit..."); Console.ReadLine(); } }
代碼功能概述:
Barrier 初始化:
- 在
MainClass
中,創(chuàng)建了一個(gè)Barrier
實(shí)例barrier
,其構(gòu)造函數(shù)接受兩個(gè)參數(shù):參與同步的線程數(shù)(這里是 3)和一個(gè)在每次所有線程都到達(dá)屏障時(shí)調(diào)用的委托(打印一條消息)。
- 在
線程工作方法:
DoWork
方法是三個(gè)線程將執(zhí)行的方法。每個(gè)線程都會(huì)進(jìn)入一個(gè)循環(huán),循環(huán) 5 次。- 在每次循環(huán)迭代中,線程都會(huì)打印其當(dāng)前迭代次數(shù)和線程 ID,然后調(diào)用
barrier.SignalAndWait()
。 SignalAndWait
方法導(dǎo)致當(dāng)前線程在屏障處等待,直到所有其他參與線程也都調(diào)用了SignalAndWait
。一旦所有線程都到達(dá)屏障,它們會(huì)同時(shí)繼續(xù)執(zhí)行,并且如果提供了,會(huì)執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)中指定的委托(打印一條消息)。
主線程:
- 主線程啟動(dòng)了三個(gè)
DoWork
線程,并等待用戶按下 Enter 鍵以繼續(xù)執(zhí)行。這是為了防止主線程在后臺(tái)線程完成之前退出程序。
- 主線程啟動(dòng)了三個(gè)
運(yùn)行結(jié)果
- 當(dāng)所有三個(gè)線程都到達(dá)
barrier.SignalAndWait()
時(shí),它們會(huì)同時(shí)停止執(zhí)行,并等待彼此。 - 一旦所有線程都到達(dá)屏障,它們會(huì)同時(shí)繼續(xù)執(zhí)行,并且控制臺(tái)會(huì)打印出 “All threads have reached the barrier.”。
- 這個(gè)過程會(huì)在每次循環(huán)迭代時(shí)重復(fù),直到每個(gè)線程都完成了 5 次迭代。
- 最后,用戶按下 Enter 鍵后,程序退出。
到此這篇關(guān)于C#多線程同步不同實(shí)現(xiàn)方式小結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C# 多線程同步內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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