漫谈多线程(下)

接着上一篇继续学习多线程。

死锁(DeadLock)

当多线程共享资源时，各占一部分资源，而又在等待对方释放资源，这样的情况我们称为死锁。下面通过一个生动的程序来理解死锁。

class Program
    {
       private static object knife = new object();  //临界资源:刀子
        private static object fork = new object();   //临界资源:叉子

        //方法:拿起刀子
        static void GetKnife()
        {
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "拿起刀子. ");
        }

        //方法:拿起叉子
        static void GetFork()
        {
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "拿起叉子. ");
        }

        //方法:吃东西
        static void Eat()
        {
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "吃东西. ");
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //线程:女孩的行为
            Thread girlThread = new Thread(delegate()
            {
                
                Console.WriteLine("今天的月亮好美啊````");

                //过了一会儿，女孩子饿了，就去拿刀子和叉子
                lock (knife)
                {
                    GetKnife();

                    //* （待会儿会在这里添加一条语句）
                      Thread.Sleep(20);                  
                     lock (fork)
                    {
                        GetFork();
                        Eat();  //同时拿到刀子和叉子后开始吃东西
                        Console.WriteLine("女孩子放下叉子");
                        Monitor.Pulse(fork);
                    }
                    Console.WriteLine("女孩放下刀子");
                    Monitor.Pulse(knife);
                }
            });

            girlThread.Name = "女孩子";  //定义线程的名称

            //线程:男孩子的行为
            Thread boyThread = new Thread(delegate()
            {
                //男孩和女孩聊天
                Console.WriteLine("\n你更美!");

                lock (fork)
                {
                    GetKnife();

                    lock (knife)
                    {
                        GetKnife();
                        Eat();   //同时拿到刀子和叉子后开始吃东西

                        Console.WriteLine("男孩子放下刀");
                        Monitor.Pulse(knife);
                    }

                    Console.WriteLine("男孩子放下刀子");
                    Monitor.Pulse(fork);
                }
            });

            boyThread.Name = "男孩子";    //定义线程的名称

            //启动线程
            girlThread.Start();
            boyThread.Start();

        }
    }

当同时满足叉子、刀子的情况下才可以吃饭。正常情况下，这个程序是没有问题的。但是，有时候会出现死锁现象。例如，当女孩子拿起刀子，准备去拿叉子的时候，线程切换到了男孩子，男孩子也想吃饭，就拿起了叉子，当去拿刀子的时候，发现刀子被女孩子占有。所以，就等待女孩子释放刀子。此时，线程切换到女孩子。女孩子去拿叉子的时候，发现叉子被男孩子占有。所以就等待男孩子释放叉子。他们互相等待对方释放资源，这就造成了死锁。因为这个程序很多，一般不会出现死锁的现象，越是比骄长时间的交替执行线程，越容易造成死锁。我们在//*添加的Thread.Sleep(20)，就是为了延长交替执行时间，让其出现死锁现象。运行程序，效果如下图:

卡在这里不动了，这就是死锁现象。

由此，我们可以发现，出现死锁的前提是：1.线程之间出现交替 2.交替过程中各占一部分资源

那么应该如何决解这个死锁问题呢？解决方案非常简单，其实不难想象。出现死锁的原因是，当线程A获取资源a后，准备获取资源b。但是此时资源被线程B获取。那么解决方案就是，让线程A、B顺序获取资源。就是说，如果线程B获取不到资源a就不允许它获取资源b.这样，就不会出现死锁的现象了。让我们把上面的代码重新修改一下:

class Program
    {
        private static object knife = new object();  //临界资源:刀子
        private static object fork = new object();   //临界资源:叉子

        //方法:拿起刀子
        static void GetKnife()
        {
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "拿起刀子. ");
        }

        //方法:拿起叉子
        static void GetFork()
        {
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "拿起叉子. ");
        }

        //方法:吃东西
        static void Eat()
        {
            Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "吃东西. ");
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //线程:女孩的行为
            Thread girlThread = new Thread(delegate()
            {
                
                Console.WriteLine("今天的月亮好美啊````");

                //过了一会儿，女孩子饿了，就去拿刀子和叉子
                lock (knife)
                {
                    GetKnife();

                    //* （待会儿会在这里添加一条语句）
                    Thread.Sleep(20);
                    lock (fork)
                    {
                        GetFork();
                        Eat();  //同时拿到刀子和叉子后开始吃东西
                        Console.WriteLine("女孩子放下叉子");
                        Monitor.Pulse(fork);
                    }
                    Console.WriteLine("女孩放下刀子");
                    Monitor.Pulse(knife);
                }
            });

            girlThread.Name = "女孩子";  //定义线程的名称

            //线程:男孩子的行为
            Thread boyThread = new Thread(delegate()
            {
                //男孩和女孩聊天
                Console.WriteLine("\n你更美!");

                lock (knife)
                {
                    GetKnife();

                    lock (fork)
                    {
                        GetFork();
                        Eat();   //同时拿到刀子和叉子后开始吃东西

                        Console.WriteLine("男孩子放叉子");
                        Monitor.Pulse(fork);
                    }

                    Console.WriteLine("男孩子放下刀子");
                    Monitor.Pulse(knife);
                }
            });

            boyThread.Name = "男孩子";    //定义线程的名称

            //启动线程
            girlThread.Start();
            boyThread.Start();

        }
    }

 

 

线程池

我们通过Thread类来创建线程，并通过它控制线程，对线程进行一些操作。但是过多的创建线程，销毁线程，会消耗内存与CPU的资源。例如，同一时间，创建了100个线程。那么创建与销毁这些线程所需的时间，可能远远大于线程本身执行的时间。好在C#为我们提供了线程池(Thread Pool)的技术。线程池为我们创建若干个线程，当一个线程执行完任务时不会理解销毁，而是接收别的任务。线程池内的线程轮流工作。这样解决了，创建、销毁线程所带来的消耗了。线程池由命名空间System,Threading下的ThreadPool实现。ThreadPool是一个静态类，不用实例化对象，可以直接使用。一个程序中只能有一个线程池，它会在首次向线程池中排入工作函数时自动创建。下面我们看一段程序:

class Program
    {
        public static void ThreadPoolTest()
        {
            //向线程池中添加100个工作线程
            for (int i = 1; i <= 100; i++)
            {
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(WorkFunction), i);
            }
        }

        //工作函数
        public static void WorkFunction(object n)
        {
            Console.Write(n + "\t");
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPoolTest();
            Console.ReadKey();  //按下任意键结束程序
        }
    }

我们通过ThreadPool的QueueUserWorkItem()方法，向线程池中排入工作函数。线程池中的线程会轮流执行这些函数。QueueUserWorkItem()方法的参数是一个waitCallback类型的委托。

Public delegate void WaitCallback(object dataForFunctionj);

下面，我们通过研究线程池中的线程数量，来深一步的了解一下线程池。我们假设线程池内线程数量的上限为30，下限为10.当我们向线程池中排入工作函数时。线程池会为我们创建10个空线程，这10个空线程来处理工作函数。随着工作函数的数量大于下限10时，线程池不是立即创建新的线程。而是先检查一下这10个线程有没有空闲，如果有，就去接新的工作。50毫秒后，如果检查没有发现空闲线程，那么线程池就会创建新的线程。随着工作函数的增加，线程池内的线程也会增加，直到达到上限30.如果工作函数的数量超过上限，线程池内的线程也不会增加，一直使用30个线程工作。比如，排入100个任务，只有30个进入线程池，另外70个在池外等候。随着任务低于上限30，空闲的线程会在2分钟后回收释放。直到达到下限10为止。

由此，我们可以发现线程池提高效率的关键是，线程执行完任务后，不会马上回收，而是继续接其他任务。

在一下情况不宜使用线程池:

1.需要为线程设置优先级(线程池内的线程不受程序员控制)

2.在执行过程中需要对线程进行操作，例如睡眠，挂起等。

3.线程执行需要很长时间。（如果有些线程长时间占用线程池，那么对于线程池外排队的任务来说就是灾难）。

 

好了，多线程学习至此学完了。感觉一口气写下三篇技术文章，内心很有成就感。但是，有些话语组织的还是不好，技术讲解的也不是特别清楚。这些都需要改进，学如逆水行舟，不进则退。要坚持，要踏实。勤能补拙是良训，学习技术，一定不能手懒。要敲代码，要跑程序，要写博客，要善于总结。