.net面向?qū)ο笾嗑€程(Multithreading)及 多線程高級應(yīng)用
在.net面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)階段在線程資源共享中的線程安全和線程沖突的解決方案;多線程同步,使用線程鎖和線程通知實(shí)現(xiàn)線程同步,具體內(nèi)容介紹如下:
1、 ThreadStatic特性
特性:[ThreadStatic]
功能:指定靜態(tài)字段在不同線程中擁有不同的值
在此之前,我們先看一個多線程的示例:
我們定義一個靜態(tài)字段:
static int num = 0;
然后創(chuàng)建兩個線程進(jìn)行分別累加:
new Thread(() => { for (int i = 0; i < 1000000; i++) ++num; Console.WriteLine("來自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num); }) { Name = "線程一" }.Start(); new Thread(() => { for (int i = 0; i < 2000000; i++) ++num; Console.WriteLine("來自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num); }) { Name = "線程二" }.Start();
運(yùn)行多次結(jié)果如下:
可以看到,三次的運(yùn)行結(jié)果均不相同,產(chǎn)生這種問題的原因是多線程中同步共享問題導(dǎo)致的,即是多個線程同時共享了一個資源。如何解決上述問題,最簡單的方法就是使用靜態(tài)字段的ThreadStatic特性。
在定義靜態(tài)字段時,加上[ThreadStatic]特性,如下:
[ThreadStatic]
static int num = 0;
不論運(yùn)行多少次,結(jié)果都是一樣的,當(dāng)字段被ThreadStatic特性修飾后,它的值在每個線程中都是不同的,即每個線程對static字段都會重新分配內(nèi)存空間,就當(dāng)然于一次new操作,這樣一來,由于static字段所產(chǎn)生的問題也就沒有了。
2. 資源共享
多線程的資源共享,也就是多線程同步(即資源同步),需要注意的是線程同步指的是線程所訪問的資源同步,并非是線程本身的同步。
在實(shí)際使用多線程的過程中,并非都是各個線程訪問不同的資源。
下面看一個線程示例,假如我們并不知道線程要多久完成,我們等待一個固定的時間(假如是500毫秒):
先定義一個靜態(tài)字段:
static int result;
創(chuàng)建線程:
Thread myThread = new Thread(() => { Thread.Sleep(1000); result = 100; }); myThread.Start(); Thread.Sleep(500); Console.WriteLine(result);
運(yùn)行結(jié)果如下:
可以看到結(jié)果是0,顯然不是我們想要的,但往往在線程執(zhí)行過程中,我們并不知道它要多久完成,能不能在線程完成后有一個通知?
這里有很多笨的方法,比如我們可能會想到使用一個循環(huán)來檢測線程狀態(tài),這些都不是理想的。
.NET為我們提供了一個Join方法,就是線程阻塞,可以解決上述問題,我們使用Stopwatch來記時,
改進(jìn)線程代碼如下:
System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew(); Thread myThread = new Thread(() => { Thread.Sleep(1000); result = 100; }); myThread.Start(); Thread.Sleep(500); myThread.Join(); Console.WriteLine(watch.ElapsedMilliseconds); Console.WriteLine(result);
運(yùn)行結(jié)果如下:
結(jié)果和我們想要的是一致的。
3. 線程鎖
除了上面示例的方法,對于線程同步,.NET還為我們提供了一個鎖機(jī)制來解決同步,再次改進(jìn)上面示例如下:
先定義一個靜態(tài)字段來存儲鎖:
static object locker = new object();
這里我們可以先不用考慮這個對象是什么。繼續(xù)看改進(jìn)后的線程:
System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew(); Thread t1 = new Thread(() => { lock (locker) { Thread.Sleep(1000); result = 100; } }); t1.Start(); Thread.Sleep(100); lock (locker) { Console.WriteLine("線程耗時:"+watch.ElapsedMilliseconds); Console.WriteLine("線程輸出:"+result); }
運(yùn)行結(jié)果如下:
運(yùn)行結(jié)果和上面示例一樣,如果線程處理過程較復(fù)雜,可以看到耗時明顯減少,這是一種用比阻塞更效率的方式完成線程同步。
4. 線程通知
前面說到了能否在一個線程完成后,通知等待的線程呢,這里.NET為我們提供了一個事件通知的方法來解決這個問題。
4.1 AutoResetEvent
先定義一個通知對象
static EventWaitHandle tellMe = new AutoResetEvent(false);
改進(jìn)上面的線程如下:
System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew(); Thread myThread = new Thread(() => { Thread.Sleep(1000); result = 100; tellMe.Set(); }); myThread.Start(); tellMe.WaitOne(); Console.WriteLine("線程耗時:" + watch.ElapsedMilliseconds); Console.WriteLine("線程輸出:" + result);
運(yùn)行結(jié)果如下:
4.2 ManualResetEvent
和AutoResetEvent 相對的還有一個 ManualResetEvent 手動模式,他們的區(qū)別在于,在線程結(jié)束后ManualResetEvent 還是可以通行的,除非手動Reset關(guān)閉。下面看一個示例:
先定義一個手動通知的對象:
static EventWaitHandle mre = new ManualResetEvent(false);
創(chuàng)建線程:
System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew(); Thread myThreadFirst = new Thread(() => { Thread.Sleep(1000); result = 100; mre.Set(); }) { Name = "線程一" }; Thread myThreadSecond = new Thread(() => { mre.WaitOne(); Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "獲取結(jié)果:" + result + "("+System.DateTime.Now.ToString()+")"); }) { Name="線程二"}; myThreadFirst.Start(); myThreadSecond.Start(); mre.WaitOne(); Console.WriteLine("線程耗時:" + watch.ElapsedMilliseconds + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")"); Console.WriteLine("線程輸出:" + result + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")");
運(yùn)行結(jié)果如下:
4.3. Semaphore
Semaphore也是線程通知的一種,上面的通知模式,在線程開啟的數(shù)量很多的情況下,使用Reset()關(guān)閉時,如果不使用Sleep休眠一下,很有可能導(dǎo)致某些線程沒有恢復(fù)的情況下,某一線程提前關(guān)閉,對于這種很難預(yù)測的情況,.NET提供了更高級的通知方式Semaphore,可以保證在超多線程時不會出現(xiàn)上述問題。
先定義一個通知對象的靜態(tài)字段:
static Semaphore sem = new Semaphore(2, 2);
使用循環(huán)創(chuàng)建100個線程:
for (int i = 1; i <= 100; i++) { new Thread(() => { sem.WaitOne(); Thread.Sleep(30); Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name+" "+DateTime.Now.ToString()); sem.Release(); }) { Name="線程"+i}.Start(); }
運(yùn)行結(jié)果如下:
可以看到完整的輸出我們所想要看到的結(jié)果。
5. 本節(jié)要點(diǎn):
A.線程中靜態(tài)字段的ThreadStatic特性,使用該字段在不同線程中擁有不同的值
B.線程同步的幾種方式,線程鎖和線程通知
C.線程通知的兩種方式:AutoResetEvent /ManualResetEvent 和 Semaphore
到此為止.net面向?qū)ο笾嗑€程(Multithreading)及多線程高級應(yīng)用介紹到此為止。
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