C#基础：线程同步
一、前言
我们先来看下面一个例子：
using System; using System.Threading; namespace ThreadSynchDemo { class Program { private static int Counter = 0; static void Main(string[] args) { Thread t1 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 1000; i++) { Counter++; Thread.Sleep(1); } }); t1.Start(); Thread t2 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 1000; i++) { Counter++; Thread.Sleep(1); } }); t2.Start(); Thread.Sleep(3000); Console.WriteLine(Counter); Console.ReadKey(); } } }
我们猜想一下程序的输出结果是多少？2000？我们运行程序看一下输出结果：
我们看到，程序最后输出的结果跟我们预测的完全不一样，这是什么原因呢？这就是由线程同步引起的问题。
线程同步问题：是 解决多个线程同时操作一个资源的问题 。
在上面的例子中，t1和t2两个线程里面都是让变量Counter的值自增1，假设这时t1线程读取到Counter的值为200，可能t2线程执行非常快，t1线程读取Counter值的时候，t2线程已经把Counter的值改为了205，等t1线程执行完毕以后，Counter的值又被变为了201，这样就会出现线程同步的问题了。那么该如何解决这个问题呢？
二、解决线程同步问题
1、lock
解决线程同步问题最简单的是使用lock。lock可以解决多个线程同时操作一个资源引起的问题。lock是C#中的关键字，它要锁定一个资源，lock的特点是：同一时刻只能有一个线程进入lock的对象的范围，其它lock的线程都要等待。我们看下面优化后的代码：
using System; using System.Threading; namespace ThreadSynchDemo { class Program { private static int Counter = 0; // 定义一个locker对象 private static Object locker = new Object(); static void Main(string[] args) { #region 存在线程同步问题 //Thread t1 = new Thread(() => { // for (int i = 0; i < 1000; i++) // { // Counter++; // Thread.Sleep(1); // } //}); //t1.Start(); //Thread t2 = new Thread(() => { // for (int i = 0; i < 1000; i++) // { // Counter++; // Thread.Sleep(1); // } //}); //t2.Start(); #endregion #region 使用Lock解决线程同步问题 Thread t1 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 1000; i++) { lock(locker) { Counter++; } Thread.Sleep(1); } }); t1.Start(); Thread t2 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 1000; i++) { lock (locker) { Counter++; } Thread.Sleep(1); } }); t2.Start(); #endregion Thread.Sleep(3000); Console.WriteLine(Counter); Console.ReadKey(); } } }
这时我们在运行程序，查看输出结果：
这时输出结果是正确的。
注意：lock只能锁住同一个对象，如果是不同的对象，还是会有线程同步的问题。 lock锁定的对象必须是引用类型的对象。
我们在定义一个Object类型的对象，lock分别锁住两个对象，看看是什么结果：
using System; using System.Threading; namespace ThreadSynchDemo { class Program { private static int Counter = 0; // 定义一个locker对象 private static Object locker = new Object(); // 定义locker2 private static Object locker2 = new Object(); static void Main(string[] args) { #region 存在线程同步问题 //Thread t1 = new Thread(() => { // for (int i = 0; i < 1000; i++) // { // Counter++; // Thread.Sleep(1); // } //}); //t1.Start(); //Thread t2 = new Thread(() => { // for (int i = 0; i < 1000; i++) // { // Counter++; // Thread.Sleep(1); // } //}); //t2.Start(); #endregion #region 使用Lock解决线程同步问题 //Thread t1 = new Thread(() => { // for (int i = 0; i < 1000; i++) // { // lock(locker) // { // Counter++; // } // Thread.Sleep(1); // } //}); //t1.Start(); //Thread t2 = new Thread(() => { // for (int i = 0; i < 1000; i++) // { // lock (locker) // { // Counter++; // } // Thread.Sleep(1); // } //}); //t2.Start(); #endregion #region 使用lock锁住不同的对象也会有线程同步问题 Thread t1 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 1000; i++) { lock (locker) { Counter++; } Thread.Sleep(1); } }); t1.Start(); Thread t2 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 1000; i++) { lock (locker2) { Counter++; } Thread.Sleep(1); } }); t2.Start(); #endregion Thread.Sleep(3000); Console.WriteLine(Counter); Console.ReadKey(); } } }
程序运行结果：
可以看到，这时还是会有线程同步的问题。虽然使用了lock，但是我们锁住的是不同的对象，这样也会有线程同步问题。lock必须锁住同一个对象才可以。
我们下面在来看一个多线程同步问题的例子：
using System; using System.Threading; namespace ThreadSynchDemo2 { class Program { static int Money = 100; /// <summary> /// 定义一个取钱的方法 /// </summary> /// <param name="name"></param> static void QuQian(string name) { Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money); int yue = Money - 1; Console.WriteLine(name + "取钱"); Money = yue; Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money); } static void Main(string[] args) { Thread t1 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { QuQian("t2"); } }); Thread t2 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { QuQian("t2"); } }); t1.Start(); t2.Start(); t1.Join(); t2.Join(); Console.WriteLine("余额" + Money); Console.ReadKey(); } } }
我们看一下输出结果：
可以看到，最终的余额并不是80，这也是线程同步带来的问题，如何解决。解决思路就是使用同步的技术避免两个线程同时修改一个余额。
1、最大粒度——同步方法
在方法上面使用[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]，标记该方法是同步方法，这样一个方法只能同时被一个线程访问。我们在QuQian的方法上面标记，修改后的代码如下：
using System; using System.Runtime.CompilerServices; using System.Threading; namespace ThreadSynchDemo2 { class Program { static int Money = 100; /// <summary> /// 定义一个取钱的方法，在上面标记为同步方法 /// </summary> /// <param name="name"></param> [MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)] static void QuQian(string name) { Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money); int yue = Money - 1; Console.WriteLine(name + "取钱"); Money = yue; Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money); } static void Main(string[] args) { Thread t1 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { QuQian("t2"); } }); Thread t2 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { QuQian("t2"); } }); t1.Start(); t2.Start(); t1.Join(); t2.Join(); Console.WriteLine("余额" + Money); Console.ReadKey(); } } }
程序输出结果：
现在的方法就是“线程安全”的了。什么是“线程安全”呢？“线程安全”是指方法可以被多个线程随意调用，而不会出现混乱。如果出现了混乱，那么就是“线程不安全”的。“线程安全”的方法可以在多线程里面随意的使用。
2、对象互斥锁
对象互斥锁就是我们上面讲的lock。我们在用lock来修改上面QuQian的例子：
using System; using System.Runtime.CompilerServices; using System.Threading; namespace ThreadSynchDemo2 { class Program { static int Money = 100; /// <summary> /// 定义一个取钱的方法，在上面标记为同步方法 /// </summary> /// <param name="name"></param> //[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)] //static void QuQian(string name) //{ // Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money); // int yue = Money - 1; // Console.WriteLine(name + "取钱"); // Money = yue; // Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money); //} private static object locker = new object(); static void QuQian(string name) { Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money); int yue = Money - 1; Console.WriteLine(name + "取钱"); Money = yue; Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money); } static void Main(string[] args) { Thread t1 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { // 使用对象互斥锁 lock(locker) { QuQian("t1"); } } }); Thread t2 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { lock (locker) { QuQian("t2"); } } }); t1.Start(); t2.Start(); t1.Join(); t2.Join(); Console.WriteLine("余额" + Money); Console.ReadKey(); } } }
程序输出结果：
可以看到，最终的输出结果还是80。
同一时刻只能有一个线程进入同一个对象的lock代码块。必须是同一个对象才能起到互斥的作用。lock后必须是引用类型，不一定是object，只要是对象就行。
锁对象选择很重要，选不对就起不到同步的作用；选不对还有可能会造成其他地方被锁，比如用字符串做锁（因为字符串缓冲池导致导致可能用的是其他地方正在使用的锁），所以不建议使用字符串做锁。下面的代码就是不允许的：
lock("locker")
两个方法如果都用一个对象做锁，那么访问A的时候就不能访问B，因此锁选择很重要。
3、Monitor
其实lock关键字就是对Monitor的简化调用，lock最终会被编译成Monitor，因此一般不直接使用Monitor类，看下面代码：
using System; using System.Threading; namespace MonitorDemo { class Program { static int Money = 100; private static object locker = new object(); static void QuQian(string name) { // 等待没有人锁定locker对象，就锁定它，然后继续执行 Monitor.Enter(locker); try { Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money); int yue = Money - 1; Console.WriteLine(name + "取钱"); Money = yue; Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money); } finally { // 释放locker对象的锁 Monitor.Exit(locker); } } static void Main(string[] args) { Thread t1 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { QuQian("t1"); } }); Thread t2 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { QuQian("t2"); } }); t1.Start(); t2.Start(); t1.Join(); t2.Join(); Console.WriteLine("余额" + Money); Console.ReadKey(); } } }
程序输出结果：
Monitor类里面还有TryEnter方法，如果Enter的时候有人在占用锁，它不会等待，而是会返回false。看下面的示例代码：
using System; using System.Threading; namespace MonitorDemo { class Program { static int Money = 100; private static object locker = new object(); static void QuQian(string name) { // 等待没有人锁定locker对象，就锁定它，然后继续执行 Monitor.Enter(locker); try { Console.WriteLine(name + "查看一下余额" + Money); int yue = Money - 1; Console.WriteLine(name + "取钱"); Money = yue; Console.WriteLine(name + "取完了，剩" + Money); } finally { // 释放locker对象的锁 Monitor.Exit(locker); } } static void F1(int i) { if (!Monitor.TryEnter(locker)) { Console.WriteLine("有人在锁着呢"); return; } Console.WriteLine(i); Monitor.Exit(locker); } static void Main(string[] args) { //Thread t1 = new Thread(() => { // for (int i = 0; i < 10; i++) // { // QuQian("t1"); // } //}); //Thread t2 = new Thread(() => { // for (int i = 0; i < 10; i++) // { // QuQian("t2"); // } //}); Thread t1 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { F1(i); } }); Thread t2 = new Thread(() => { for (int i = 0; i < 10; i++) { F1(i); } }); t1.Start(); t2.Start(); t1.Join(); t2.Join(); Console.WriteLine("余额" + Money); Console.ReadKey(); } } }
程序输出结果：
