细说.NET中的多线程 (五 使用信号量进行同步)

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上一节主要介绍了使用锁进行同步,本节主要介绍使用信号量进行同步

使用EventWaitHandle信号量进行同步

EventWaitHandle主要用于实现信号灯机制。信号灯主要用于通知等待的线程。主要有两种实现:AutoResetEvent和ManualResetEvent。

AutoResetEvent

AutoResetEvent从字面上理解是一个自动重置的时间。举个例子,假设有很多人等在门外,AutoResetEvent更像一个十字旋转门,每一次只允许一个人进入,进入之后门仍然是关闭状态。

下面的例子演示了使用方式:

using System;using System.Threading;class BasicWaitHandle{ static EventWaitHandle _waitHandle = new AutoResetEvent(false); static void Main() { for (int i = 0; i < 3; i++) new Thread(Waiter).Start(); for (int i = 0; i < 3; i++) { Thread.Sleep(1000); // Pause for a second... Console.WriteLine("通知下一个线程进入"); _waitHandle.Set(); // Wake up the Waiter. } Console.ReadLine(); } static void Waiter() { var threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId; Console.WriteLine("线程 {0} 正在等待", threadId); _waitHandle.WaitOne(); // 等待通知 Console.WriteLine("线程 {0} 得到通知,可以进入", threadId); }}

双向信号灯

某些情况下,如果你连续的多次使用Set方法通知工作线程,这个时候工作线程可能还没有准备好接收信号,这样的话后面的几次Set通知可能会没有效果。这种情况下,你需要让主线程得到工作线程接收信息的通知再开始发送信息。你可能需要通过两个信号灯实现这个功能。

示例代码:

using System;using System.Threading;class TwoWaySignaling{ static EventWaitHandle _ready = new AutoResetEvent(false); static EventWaitHandle _go = new AutoResetEvent(false); static readonly object _locker = new object(); static string _message; static void Main() { new Thread(Work).Start(); _ready.WaitOne(); // 在工作线程准备接收信息之前需要一直等待 lock (_locker) _message = "床前明月光"; _go.Set(); // 通知工作线程开始工作 _ready.WaitOne(); lock (_locker) _message = "疑是地上霜"; _go.Set(); _ready.WaitOne(); lock (_locker) _message = "结束"; // 告诉工作线程退出 _go.Set(); Console.ReadLine(); } static void Work() { while (true) { _ready.Set(); // 表示当前线程已经准备接收信号 _go.WaitOne(); // 工作线程等待通知 lock (_locker) { if (_message == "结束") return; // 优雅的退出~-~ Console.WriteLine(_message); } } }}

生产消费队列

生产消费队列是多线程编程里常见的的需求,他的主要思路是:

  1. 一个队列用来存放工作线程需要用到的数据
  2. 当新的任务加入队列的时候,调用线程不需要等待工作结束
  3. 1个或多个工作线程在后台获取队列中数据信息

示例代码:

using System;using System.Threading;using System.Collections.Generic; class ProducerConsumerQueue : IDisposable{ EventWaitHandle _wh = new AutoResetEvent (false); Thread _worker; readonly object _locker = new object(); Queue<string> _tasks = new Queue<string>(); public ProducerConsumerQueue() { _worker = new Thread (Work); _worker.Start(); } public void EnqueueTask (string task) { lock (_locker) _tasks.Enqueue (task); _wh.Set(); } public void Dispose() { EnqueueTask (null); // Signal the consumer to exit. _worker.Join(); // Wait for the consumer's thread to finish. _wh.Close(); // Release any OS resources. } void Work() { while (true) { string task = null; lock (_locker) if (_tasks.Count > 0) { task = _tasks.Dequeue(); if (task == null) return; } if (task != null) { Console.WriteLine ("Performing task: " + task); Thread.Sleep (1000); // simulate work... } else _wh.WaitOne(); // No more tasks - wait for a signal } }}

为了保证线程安全,我们使用lock来保护Queue<string>集合。我们也显示的关闭了WaitHandle。

在.NET 4.0中,一个新的类BlockingCollection实现了类似生产者消费者队列的功能。

ManualResetEvent

ManualResetEvent从字面上看是一个需要手动关闭的事件。举个例子:假设有很多人等在门外,它像是一个普通的门,门开启之后,所有等在门外的人都可以进来,当你关闭门之后,不再允许外面的人进来。

示例代码:

using System;using System.Threading;class BasicWaitHandle{ static EventWaitHandle _waitHandle = new ManualResetEvent(false); static void Main() { for (int i = 0; i < 3; i++) new Thread(Waiter).Start(); Thread.Sleep(1000); // Pause for a second... Console.WriteLine("门已打开,线程进入"); _waitHandle.Set(); // Wake up the Waiter. new Thread(Waiter).Start(); Thread.Sleep(2000); _waitHandle.Reset(); Console.WriteLine("门已关闭,线程阻塞"); new Thread(Waiter).Start(); Console.ReadLine(); } static void Waiter() { var threadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId; Console.WriteLine("线程 {0} 正在等待", threadId); _waitHandle.WaitOne(); // 等待通知 Console.WriteLine("线程 {0} 得到通知,可以进入", threadId); }}

ManualResetEvent可以在当前线程唤醒所有等待的线程,这一应用非常重要。

CountdownEvent

CountdownEvent的使用和ManualEvent正好相反,是多个线程共同唤醒一个线程。

示例代码:

using System;using System.Threading;class CountDownTest{ static CountdownEvent _countdown = new CountdownEvent(3); static void Main() { new Thread(SaySomething).Start("I am thread 1"); new Thread(SaySomething).Start("I am thread 2"); new Thread(SaySomething).Start("I am thread 3"); _countdown.Wait(); // 当前线程被阻塞,直到收到 _countdown发送的三次信号 Console.WriteLine("All threads have finished speaking!"); Console.ReadLine(); } static void SaySomething(object thing) { Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine(thing); _countdown.Signal(); }}

创建跨进程的EventWaitHandle

EventWaitHandle的构造方法允许创建一个命名的EventWaitHandle,来实现跨进程的信号量操作。名字只是一个简单的字符串,只要保证不会跟其它进程的锁冲突即可。

示例代码:

EventWaitHandle wh = new EventWaitHandle(false, EventResetMode.AutoReset, "MyCompany.MyApp.SomeName");

如果两个进程运行这段代码,信号量会作用于两个进程内所有的线程。

本节介绍了使用信号进行线程同步,下一节介绍非阻塞同步。



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