[.net 面向对象程序设计进阶] (17) 多线程(Multithreading)(二) 多线程高级应用(上)

[.net 面向对象程序设计进阶] (17) 多线程(Multithreading)(二) 多线程高级应用（上）

本节要点: 

上节介绍了多线程的基本使用方法和基本应用示例，本节深入介绍.NET多线程中的高级应用。

主要有在线程资源共享中的线程安全和线程冲突的解决方案；多线程同步，使用线程锁和线程通知实现线程同步。

1、 ThreadStatic特性 

特性：[ThreadStatic] 

功能：指定静态字段在不同线程中拥有不同的值 

在此之前，我们先看一个多线程的示例： 

我们定义一个静态字段： 

 static int num = 0;

 然后创建两个线程进行分别累加： 

new Thread(() =>

{

    for (int i = 0; i < 1000000; i++)

        ++num;

    Console.WriteLine("来自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num);

})

{ Name = "线程一" }.Start();  

new Thread(() =>

{

    for (int i = 0; i < 2000000; i++)

        ++num;

    Console.WriteLine("来自{0}:{1}", Thread.CurrentThread.Name, num);

})

{ Name = "线程二" }.Start();

运行多次结果如下： 

     

可以看到，三次的运行结果均不相同,产生这种问题的原因是多线程中同步共享问题导致的，即是多个线程同时共享了一个资源。如何解决上述问题，最简单的方法就是使用静态字段的ThreadStatic特性。 

在定义静态字段时，加上[ThreadStatic]特性，如下： 

 [ThreadStatic]

static int num = 0; 

两个线程不变的情况下，再次运行，结果如下： 

  

不论运行多少次，结果都是一样的，当字段被ThreadStatic特性修饰后，它的值在每个线程中都是不同的，即每个线程对static字段都会重新分配内存空间，就当然于一次new操作，这样一来，由于static字段所产生的问题也就没有了。

2. 资源共享 

多线程的资源共享，也就是多线程同步（即资源同步），需要注意的是线程同步指的是线程所访问的资源同步，并非是线程本身的同步。 

在实际使用多线程的过程中，并非都是各个线程访问不同的资源。 

下面看一个线程示例，假如我们并不知道线程要多久完成，我们等待一个固定的时间（假如是500毫秒）:

先定义一个静态字段：

 static int result;

创建线程：

Thread myThread = new Thread(() =>

{

    Thread.Sleep(1000);

    result = 100;

});

myThread.Start();

Thread.Sleep(500);             

Console.WriteLine(result);

运行结果如下：

 

可以看到结果是0，显然不是我们想要的，但往往在线程执行过程中，我们并不知道它要多久完成，能不能在线程完成后有一个通知？

这里有很多笨的方法，比如我们可能会想到使用一个循环来检测线程状态，这些都不是理想的。

.NET为我们提供了一个Join方法，就是线程阻塞，可以解决上述问题，我们使用Stopwatch来记时，

改进线程代码如下：

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);

运行结果如下：

 结果和我们想要的是一致的。

3. 线程锁

除了上面示例的方法，对于线程同步，.NET还为我们提供了一个锁机制来解决同步，再次改进上面示例如下：

先定义一个静态字段来存储锁：

static object locker = new object();

这里我们可以先不用考虑这个对象是什么。继续看改进后的线程：

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("线程耗时："+watch.ElapsedMilliseconds);

    Console.WriteLine("线程输出："+result);

}

运行结果如下：

运行结果和上面示例一样，如果线程处理过程较复杂，可以看到耗时明显减少，这是一种用比阻塞更效率的方式完成线程同步。

4. 线程通知

前面说到了能否在一个线程完成后，通知等待的线程呢，这里.NET为我们提供了一个事件通知的方法来解决这个问题。 

4.1 AutoResetEvent  

先定义一个通知对象

 static EventWaitHandle tellMe = new AutoResetEvent(false);

改进上面的线程如下： 

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("线程耗时：" + watch.ElapsedMilliseconds);

Console.WriteLine("线程输出：" + result);

 运行结果如下：

4.2 ManualResetEvent 

和AutoResetEvent 相对的还有一个 ManualResetEvent 手动模式，他们的区别在于，在线程结束后ManualResetEvent 还是可以通行的，除非手动Reset关闭。下面看一个示例：

先定义一个手动通知的对象：

 static EventWaitHandle mre = new ManualResetEvent(false);

创建线程：

System.Diagnostics.Stopwatch watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();

Thread myThreadFirst = new Thread(() =>

{

    Thread.Sleep(1000);

    result = 100;

    mre.Set();

}) { Name = "线程一" };

Thread myThreadSecond = new Thread(() =>

{

    mre.WaitOne();

    Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "获取结果:" + result + "("+System.DateTime.Now.ToString()+")");

}) {  Name="线程二"};

myThreadFirst.Start();

myThreadSecond.Start();

mre.WaitOne();

Console.WriteLine("线程耗时：" + watch.ElapsedMilliseconds + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")");

Console.WriteLine("线程输出：" + result + "(" + System.DateTime.Now.ToString() + ")");

运行结果如下：

5. Semaphore

Semaphore也是一种锁定，只不过不是独占锁，可以指定多少个线程访问代码块。上面的通知模式，在线程开启的数量很多的情况下，使用Reset()关闭时，如果不使用Sleep休眠一下，很有可能导致某些线程没有恢复的情况下，某一线程提前关闭，对于这种很难预测的情况，.NET提供了更高级的通知方式Semaphore,可以保证在超多线程时不会出现上述问题。

先定义一个通知对象的静态字段：

  static Semaphore sem = new Semaphore(2, 2);

使用循环创建100个线程：

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="线程"+i}.Start();

}

运行结果如下：

 

可以看到完整的输出我们所想要看到的结果。

6. 本节要点：

A.线程中静态字段的ThreadStatic特性，使用该字段在不同线程中拥有不同的值

B.线程同步的几种方式，线程锁和线程通知

C.线程通知的两种方式：AutoResetEvent /ManualResetEvent  

D.Semaphore：不独占锁，可以指定多少个线程访问代码块。

多线程的更多特性，下一节继续深入介绍。

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