虽然线程可以在一定程度上提高程序运行的效率,但也会产生一些副作用。让我们先看看如下的代码:
     class  Increment
    {
        
private   int  n  =   0 ;
        
private   int  max;
        
public  Increment( int  max)
        {
            
this .max  =  max;
        }
        
public   int  result
        {
            
get
            {
                
return  n;
            }
            
set
            {
                n 
=  value;
            }
        }
        
public   void  Inc()
        {            
            
for  ( int  i  =   0 ; i  <  max; i ++ )
            {
                n
++ ;
            }
        }
    }
    
class  Program
    {
        
public   static   void  Main()
        {
            Increment inc 
=   new  Increment( 10000 );
            Thread[] threads 
=   new  Thread[ 30 ];
            
for  ( int  i  =   0 ; i  <  threads.Length; i ++ )
            {
                threads[i] 
=   new  Thread(inc.Inc);
                threads[i].Start();
            }
            
for  ( int  i  =   0 ; i  <  threads.Length; i ++ )
            {
                threads[i].Join();  
//  等待30个线程都执行完
            }
            Console.WriteLine(inc.result);  
// 输出n的值
        }
    }

    上面的程序的基本功能是使用Increment Inc 方法为n 递增max ,所不同的是,将在Main 方法中启动30 个线程同时执行Inc 方法。在本例中max 的值是10000 (通过Increment 的构造方法传入)。读者可以运行一下这个程序,正常的结果应该是300000 ,但通常不会得到这个结果,一般获得的结果都比300000 小。其中的原因就是Inc 方法中的n++ 上,虽然从表面上看,n++ 只是一条简单的自增语言,但从底层分析,n++ IL 代码如下:

ldsfld //
获得n 的初始值,并压到方法栈中
ldc.i4.1 // 1 压到方法栈中
add // 从方法栈中弹出最顶端的两个值,相加,然后将结果保存在方法栈中
stfld // 从当前方法栈中弹出一个值,并更新类字段n
    对于上面每一条IL 语句是线程安全的,但是n++ 这条C# 语句需要上面的四步才能完成,因此,n++ 这条语句并不是线程安全的。只要在执行stfld 指令之前的任何一步由于其他线程获得CPU 而中断,那么就会出现所谓的“脏”数据。
    假设n 的初始值为0 thread1 在执行完ldc.i4.1 后被thread2 中断(add 指令并未执行),这时thread2 获得的n 的初始值仍然是0 ,假设thread2 顺利执行完,那么这时n 的值已经是1 了,当thread2 执行完后,thread1 继续执行add 指令,并且thread1 也顺利执行完,这时,在thread1 中的执行结果n 仍然是1 。因此,这也就出现了调用两次n++ n 仍然为1 的情况。要解决这个问题的方法也很容易想到,就是让上述四条IL 语句要不都不执行,要执行就都执行完,这有点事务处理的意思。
    C# 中解决这个问题的技术叫同步。同步的本质就是为某一个代码块加锁,使其成为一个整体,共同进退。最简单的是使用lock 为代码块加锁。这个语句在前几讲已经多次使用过了。lock 语句可以锁定任何的对象,如果锁定的是类成员,直接使用lock(obj) 的形式即可,如果锁定的是静态成员,可以把锁主在object 类型上,代码如下:
lock(typeof(StaticClass))
{
   ... ...
}
 
    对于 Increment 类,我们可以锁定 n++ ,也可以锁定 Inc 方法,如锁定 n++ Increment 类的代码如下:

     class  Increment
    {
        
private   int  n  =   0 ;
        
private   int  max;
        
private  Object lockN  =   new  Object();
        
public  Increment( int  max)
        {
            
this .max  =  max;
        }
        
public   int  result
        {
            
get
            {
                
return  n;
            }
            
set
            {
                n 
=  value;
            }
        }

        
private   void  IncN()
        {
            
lock  (lockN)
            {
                n
++ ;
            }
        }
        
public   void  Inc()
        {
            
for  ( int  i  =   0 ; i  <  max; i ++ )
            {
                  IncN();
            }           
        }
    }

   
也可以直接将如下的代码放到for 循环中取代调用IncN 方法,

  lock  (lockN)
 {
     n
++ ;
 }

或者直接将Inc 方法锁住,代码如下:

         public   void  Inc()
        {
            
lock  (lockN)
            {
                
for  ( int  i  =   0 ; i  <  max; i ++ )
                {
                    n
++ ;
                }
            }
        }

    但笔者并不建议直接将Inc 锁住,因为这样就和单线程没什么区别了,虽然可以避免出现读脏数据的情况,但却牺牲的效率。
    从本例分析得知,产生问题的原因就是因为n++ 不是原子操作。而在.net framework 中提供了一个Interlocked 类,可以使n++ 变成原子操作。Interlocked 有一些方法,可以保证对变量的操作是原子的,如Increment 方法保证n++ 的操作是原子的,Decrement 方法保证n-- 的操作是原子的,Exchange 方法保证为变量赋值的操作是原子的。因此,可以使用Increment 方法来替换n++ ,代码如下:

public   void  Inc()
{
    
for  ( int  i  =   0 ; i  <  max; i ++ )
    {
        Interlocked.Increment(
ref  n);
    }
}

    任何事物都具有两面性,同步技术也不例外,在某些情况下,可以由于两个线程互相锁定某些对象而造成死锁(就是两个线程互相等待对方释放对象)。这就象有两个学生晚上在复习功课,他们都希望学习能超过对方,而且他们都很累了,但是谁也不肯先休息,是都在盯着对方屋里的灯,期望着对方休息后。自己才休息。但却谁也不肯先关灯,所以他们就只有这样耗到天亮了。当然,解决这个问题的方法有两个,第一个就是其中一个学生或两个学生根本就不关心对方是否先睡觉,自己学累了就直接关灯了。当然,另外一个方法就有点暴力了,就是到点就直接断电,那谁也别学了(这也相当于线程中断,不过不到万不得以时最好别用这招)。
    让我们先举一个线程死锁的例子,代码如下:

     class  Program
    {
        
private   static  Object objA  =   new  Object();
        
private   static  Object objB  =   new  Object();
        
public   static   void  LockA()
        {
            
lock  (objA)
            {
                Thread.Sleep(
1000 );
                
lock  (objB)
                {
                }
            }
            Console.WriteLine(
" LockA " );
        }
        
public   static   void  LockB()
        {
            
lock  (objB)
            {
                Thread.Sleep(
2000 );
                
lock  (objA)
                {
                }
            }
            Console.WriteLine(
" LockB " );
        }
        
public   static   void  Main()
        {
            Thread threadA 
=   new  Thread(LockA);
            Thread threadB 
=   new  Thread(LockB);
            threadA.Start();
            threadB.Start();
        }
    }

    在上面的代码中,LockA 方法会在当前线程中执行完Lock(objA) 后延迟1 秒,而LockB 方法会在执行完lock(objB) 后延迟2 秒,一般LockA 会先执行lock(objB ),但这时objB 已经被LockB 锁住了,而且LockB 还在延迟(2 秒还没到)。在这时,LockA 已经将objA objB 都锁上了,当LockB 执行到lock(objA) 时,由于objA 已经被锁上,因此,LockB 就被阻塞了。而LockA 在执行到lock(objB )时,由于这时LockA 还在延迟,因此,objB 也被锁住了。LockA LockB 也就相当于上述的两个学生,互相等待对方关灯,但谁也不肯先关灯,所以就死锁了。如果采用第一种方法非常简单,就是保持被锁定的多个对象的顺序,如将LockB 方法的锁定顺序换一下,代码如下:

public   static   void  LockB()
{
    
lock  (objA)
    {
         Thread.Sleep(
2000 );
          
lock  (objB)
          {
          }
    }
    Console.WriteLine(
" LockB " );
}

    或是将LockA 方法也改一下,先锁objB ,再锁objA
    当然,也可以采用暴力一点的方法,当发现一些线程长时间没反应时,可以使用 Abort 方法强行中断它们。代码如下:
public   static   void  Main()
{
     Thread threadA 
=   new  Thread(LockA);
     Thread threadB 
=   new  Thread(LockB);
     threadA.Start();
     threadB.Start();

     Thread.Sleep(
4000 );

     threadA.Abort();
     threadB.Abort();
     Console.WriteLine(
" 线程全部结束 " );
}

    在后面的文章中将讲解C# 中其他的同步技术。