C# 多线程学习（五）线程同步和冲突解决

from:https://blog.csdn.net/codedoctor/article/details/74358257

首先先说一个线程不同步的例子吧，以下为售票员的模拟售票，多个售票员出售100张门票，代码如下：

using System;
using System.Text;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;

namespace threadTest
{
    class Program
    {

        class ThreadLock
        {
            private Thread thread_1;
            private Thread thread_2;

            private List<int> tickets;

             private object objLock = new object();//对象锁的对象
            public ThreadLock()
            {
                thread_1 = new Thread(Run);
                thread_1.Name = "Sailer_1";
                thread_2 = new Thread(Run);
                thread_2.Name = "Sailer_2";
            }
            public void Start()
            {
                tickets = new List<int>(100);
                for(int i = 1; i <= 100; i++)
                {
                    tickets.Add(i);
                }
                thread_1.Start();
                thread_2.Start();
            }
            public void Run()
            {
                while (tickets.Count > 0)
                {

                        int get = tickets[0];
                        Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ",
                            Thread.CurrentThread.Name, get.ToString());
                        tickets.RemoveAt(0);
                        Thread.Sleep(1);

                }
            }
        }
        static void Main()
        {
            ThreadLock TK = new ThreadLock();
            TK.Start();
            Console.ReadKey();
        }
    }
}
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以上为一个模拟售票系统，两个线程对一个票箱进行操作，每次都取出最上层的票，然后输出，运行之后查看结果会发现在在同一张票上，两个线程都可能同时卖出，如下： 

出现以上的情况的原因就是在多线程的的情况之下，线程的执行顺序是不可控的，就可能会出现以上的情况，具体原因可能如下：

请看代码：

                        int get = tickets[0];
                        Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ",
                        Thread.CurrentThread.Name, get.ToString());
                        tickets.RemoveAt(0);
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比如，线程A在刚从tickets中确定要取最底下的一张票之后还未将这张票输出并删除，这时候线程A被分配的CPU时间就用光了。

然后轮到另一个线程B执行，线程B的时间充足，也同样确认了线程A刚才确定的那张票，然后取出了那张票，取出然后输出并删除掉那张票，然后将CPU控制权交到了线程A上。

又轮到了线程A执行，线程A由于刚才已经确定了选定的票号，所以直接输出了那个票号，然后将最底下的票删除。所以可以看到取票有一段是跳跃着取得，如：1，3，5，7，…

线程同步

出现这种情况的原因就是多个线程都是对同一个资源进行操作所致，所以在多线程编程应尽可能避免这种情况，当然有些情况下确实避免不了这种情况，这就需要对其采用一些手段来确保不会出现这种情况，这就是所谓的线程的同步。 
在C#中实现线程的同步有几种方法：lock、Mutex、Monitor、Semaphore、Interlocked和ReaderWriterLock等。同步策略也可以分为同步上下文、同步代码区、手动同步几种方式。

Lock同步

针对上面的代码，要保证不会出现混乱的情况，可以用lock关键字来实现，出现问题的部分就是在于判断剩余票数是否大于0，如果大于0则从当前总票数中减去最大的一张票，因此可以对这部分进行lock处理，代码如下：

            public void Run()
            {
                while (tickets.Count > 0)
                {
                    lock (objLock)
                    {
                        if (tickets.Count > 0)
                        {
                            int get = tickets[0];
                            Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ",
                                Thread.CurrentThread.Name, get.ToString());
                            tickets.RemoveAt(0);
                            Thread.Sleep(1);
                        }
                    }
                }
            }
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这样处理之后，这个售票系统就变得正常了，效果如下： 
 
总的来说，lock语句是一种有效的、不跨越多个方法的小代码块同步的做法，也就是使用lock语句只能在某个方法的部分代码之间，不能跨越方法。

Monitor类

针对以上的处理方法，我们用Monitor类来处理的话是如下代码：

public void Run()
            {
                while (tickets.Count > 0)
                {
                    Monitor.Enter(objLock);
                    if (tickets.Count > 0)
                    {
                        int get = tickets[0];
                        Console.WriteLine("{0} sail a ticket ,ticket number :{1} ",
                        Thread.CurrentThread.Name, get.ToString());
                        tickets.RemoveAt(0);
                        Thread.Sleep(1);
                    }

                }
                Monitor.Exit(objLock);
            }
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运行可以知道，这段代码和lock方法的结果是一样的，当然其实lock就是用Monitor类实现的，除了锁定代码区，我们还可用Monitor类的Wait（）和 pulse（）方法。

Wait()方法是临时释放当前活得的锁，并使当前对象处于阻塞状态 
Pulse()方法是通知处于等待状态的对象可以准备就绪了，它一会就会释放锁。

下面我们来实现一个生产者和消费者模式，生产者线程负责生产数据，消费者线程将生产者生产出来的数据输出，代码如下：

using System;
using System.Text;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;

namespace threadTest
{
    class Program
    {
        public class Cell
        {
            int cellContents; // Cell对象里边的内容
            bool readerFlag = false; // 状态标志，为true时可以读取，为false则正在写入
            public int ReadFromCell()
            {
                lock (this) // Lock关键字保证了当前代码块在同一时间只允许一个线程进入执行
                {
                    if (!readerFlag)//如果现在不可读取
                    {
                        try
                        {
                            //等待WriteToCell方法中调用Monitor.Pulse()方法将这个线程唤醒
                            Monitor.Wait(this);
                        }
                        catch (SynchronizationLockException e)
                        {
                            Console.WriteLine(e);
                        }
                    }
                    Console.WriteLine("Use: {0}", cellContents);
                    readerFlag = false;
                    //重置readerFlag标志，表示消费行为已经完成
                    Monitor.Pulse(this);
                    //通知WriteToCell()方法（该方法在另外一个线程中执行，等待中）
                }
                return cellContents;
            }

            public void WriteToCell(int n)
            {
                lock (this)
                {
                    if (readerFlag)
                    {
                        try
                        {
                            Monitor.Wait(this);
                        }
                        catch (SynchronizationLockException e)
                        {
                            //当同步方法（指Monitor类除Enter之外的方法）在非同步的代码区被调用
                            Console.WriteLine(e);
                        }
                    }
                    cellContents = n;
                    Console.WriteLine("Produce: {0}", cellContents);
                    readerFlag = true;
                    Monitor.Pulse(this);
                    //通知另外一个线程中正在等待的ReadFromCell()方法
                }
            }
        }
        public class CellProd
        {
            Cell cell; // 被操作的Cell对象
            int quantity = 1; // 生产者生产次数，初始化为1 

            public CellProd(Cell box, int request)
            {
                cell = box;
                quantity = request;
            }
            public void ThreadRun()
            {
                for (int looper = 1; looper <= quantity; looper++)
                    cell.WriteToCell(looper); //生产者向操作对象写入信息
            }
        }

        public class CellCons
        {
            Cell cell;
            int quantity = 1;

            public CellCons(Cell box, int request)
            {
                //构造函数
                cell = box;
                quantity = request;
            }
            public void ThreadRun()
            {
                int valReturned;
                for (int looper = 1; looper <= quantity; looper++)
                    valReturned = cell.ReadFromCell();//消费者从操作对象中读取信息
            }
        }
        public static void Main(String[] args)
        {
            int result = 0; //一个标志位，如果是0表示程序没有出错，如果是1表明有错误发生
            Cell cell = new Cell();

            //下面使用cell初始化CellProd和CellCons两个类，生产和消费次数均为20次
            CellProd prod = new CellProd(cell, 20);
            CellCons cons = new CellCons(cell, 20);

            Thread producer = new Thread(new ThreadStart(prod.ThreadRun));
            Thread consumer = new Thread(new ThreadStart(cons.ThreadRun));
            //生产者线程和消费者线程都已经被创建，但是没有开始执行
            try
            {
                producer.Start();
                consumer.Start();

                producer.Join();
                consumer.Join();
                Console.ReadLine();
            }
            catch (ThreadStateException e)
            {
                //当线程因为所处状态的原因而不能执行被请求的操作
                Console.WriteLine(e);
                result = 1;
            }
        }
    }
}
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这个例程中，生产者线程和消费者线程是交替进行的，生产者写入一个数，消费者立即读取并输出。 
同步是通过等待Monitor.Pulse()来完成的。 
首先生产者生产了一个数据，而同一时刻消费者处于等待状态，直到收到生产者的“脉冲(Pulse)”通知它生产已经完成，此后消费者进入消费状态。循环往复，效果如下： 
 
差不多如此吧，上面的方法已经可以帮助我们解决多线程中可能出现的大部分问题，剩下的就不再介绍了，同步的处理也到此结束了。

原文地址：https://www.cnblogs.com/liuqiyun/p/9104127.html

时间： 2024-10-24 11:41:19

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java多线程的难点是在:处理多个线程同步与并发运行时线程间的通信问题.java在处理线程同步时,常用方法有: 1.synchronized关键字. 2.Lock显示加锁. 3.信号量Semaphore. 线程同步问题引入: 创建一个银行账户Account类,在创建并启动100个线程往同一个Account类实例里面添加一块钱.在没有使用上面三种方法的情况下: 代码: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Java多线程与并发——线程同步

1.多线程共享数据 在多线程的操作中,多个线程有可能同时处理同一个资源,这就是多线程中的共享数据. 2.线程同步 解决数据共享问题,必须使用同步,所谓同步就是指多个线程在同一时间段内只能有一个线程执行指定代码,其他线程要等待此线程完成之后才可以继续执行. 线程进行同步,有以下两种方法: (1)同步代码块 synchronized(要同步的对象){ 要同步的操作; } (2)同步方法 public synchronized void method(){ 要同步的操作; } (3)Lock 3.同步