2022年C#多线程编程实例实战 .pdf

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1、C#多线程编程实例实战单个写入程序/多个阅读程序在.Net 类库中其实已经提供了实现，即System.Threading.ReaderWriterLock类。本文通过对常见的单个写入/多个阅读程序的分析来探索c#的多线程编程。问题的提出所谓单个写入程序/多个阅读程序的线程同步问题，是指任意数量的线程访问共享资源时，写入程序（线程）需要修改共享资源，而阅读程序（线程）需要读取数据。在这个同步问题中，很容易得到下面二个要求：1）当一个线程正在写入数据时，其他线程不能写，也不能读。2）当一个线程正在读入数据时，其他线程不能写，但能够读。在数据库应用程序环境中经常遇到这样的问题。比如说，有 n 个最终

2、用户，他们都要同时访问同一个数据库。其中有m个用户要将数据存入数据库，n-m 个用户要读取数据库中的记录。很显然，在这个环境中，我们不能让两个或两个以上的用户同时更新同一条记录，如果两个或两个以上的用户都试图同时修改同一记录，那么该记录中的信息就会被破坏。我们也不让一个用户更新数据库记录的同时，让另一用户读取记录的内容。因为读取的记录很有可能同时包含了更新和没有更新的信息，也就是说这条记录是无效的记录。实现分析规定任一线程要对资源进行写或读操作前必须申请锁。根据操作的不同，分为阅读锁和写入锁，操作完成之后应释放相应的锁。将单个写入程序/多个阅读程序的要求改变一下，可以得到如下的形式：一个线程申

3、请阅读锁的成功条件是：当前没有活动的写入线程。一个线程申请写入锁的成功条件是：当前没有任何活动（对锁而言）的线程。因此，为了标志是否有活动的线程，以及是写入还是阅读线程，引入一个变量m_nActive，如果 m_nActive 0，则表示当前活动阅读线程的数目，如果m_nActive=0，则表示没有任何活动线程，m_nActive 0，表示当前有写入线程在活动，注意m_nActive0，时只能取-1的值，因为只允许有一个写入线程活动。为了判断当前活动线程拥有的锁的类型，我们采用了线程局部存储技术（请参阅其它参考书籍），将线程与特殊标志位关联起来。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第

4、 1 页，共 9 页 -申 请 阅 读 锁 的 函 数 原 型 为：public void AcquireReaderLock(int millisecondsTimeout)，其中的参数为线程等待调度的时间。函数定义如下：public void AcquireReaderLock(int millisecondsTimeout)/m_mutext很快可以得到，以便进入临界区m_mutex.WaitOne();/是否有写入线程存在bool bExistingWriter=(m_nActive 0);if(bExistingWriter)/等待阅读线程数目加1,当有锁释放时，根据此数目来调度线程

5、m_nWaitingReaders+;else /当前活动线程加1 m_nActive+;m_mutex.ReleaseMutex();/存储锁标志为Reader System.LocalDataStoreSlot slot=Thread.GetNamedDataSlot(m_strThreadSlotName);object obj=Thread.GetData(slot);LockFlags flag=LockFlags.None;if(obj!=null)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 9 页 -flag=(LockFlags)obj;if(flag=Loc

6、kFlags.None)Thread.SetData(slot,LockFlags.Reader);else Thread.SetData(slot,(LockFlags)(int)flag|(int)LockFlags.Reader);if(bExistingWriter)/等待指定的时间this.m_aeReaders.WaitOne(millisecondsTimeout,true);它首先进入临界区（用以在多线程环境下保证活动线程数目的操作的正确性）判断当前活动线程的数目，如果有写线程(m_nActive=0)，则可以让读线程继续运行。申请写入锁的函数原型为：public void A

7、cquireWriterLock(int millisecondsTimeout)，其中的参数为等待调度的时间。函数定义如下：public void AcquireWriterLock(int millisecondsTimeout)/m_mutext很快可以得到，以便进入临界区m_mutex.WaitOne();/是否有活动线程存在名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 9 页 -bool bNoActive=m_nActive=0;if(!bNoActive)m_nWaitingWriters+;else m_nActive-;m_mutex.ReleaseMutex

8、();/存储线程锁标志System.LocalDataStoreSlot slot=Thread.GetNamedDataSlot(myReaderWriterLockDataSlot);object obj=Thread.GetData(slot);LockFlags flag=LockFlags.None;if(obj!=null)flag=(LockFlags)Thread.GetData(slot);if(flag=LockFlags.None)Thread.SetData(slot,LockFlags.Writer);else 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页

9、，共 9 页 -Thread.SetData(slot,(LockFlags)(int)flag|(int)LockFlags.Writer);/如果有活动线程，等待指定的时间if(!bNoActive)this.m_aeWriters.WaitOne(millisecondsTimeout,true);它首先进入临界区判断当前活动线程的数目，如果当前有活动线程存在，不管是写线程还是读线程（m_nActive），线程将等待指定的时间并且等待的写入线程数目加1，否则线程拥有写的权限。释放阅读锁的函数原型为：public void ReleaseReaderLock()。函数定义如下：public

10、 void ReleaseReaderLock()System.LocalDataStoreSlot slot=Thread.GetNamedDataSlot(m_strThreadSlotName);LockFlags flag=(LockFlags)Thread.GetData(slot);if(flag=LockFlags.None)return;bool bReader=true;switch(flag)case LockFlags.None:break;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 9 页 -case LockFlags.Writer:bReader=

11、false;break;if(!bReader)return;Thread.SetData(slot,LockFlags.None);m_mutex.WaitOne();AutoResetEvent autoresetevent=null;this.m_nActive-;if(this.m_nActive=0)if(this.m_nWaitingReaders 0)m_nActive+;m_nWaitingReaders-;autoresetevent=this.m_aeReaders;else if(this.m_nWaitingWriters 0)m_nWaitingWriters-;m_

12、nActive-;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 9 页 -autoresetevent=this.m_aeWriters;m_mutex.ReleaseMutex();if(autoresetevent!=null)autoresetevent.Set();释放阅读锁时，首先判断当前线程是否拥有阅读锁（通过线程局部存储的标志），然后判断是否有等待的阅读线程，如果有，先将当前活动线程加1，等待阅读线程数目减1，然后置事件为有信号。如果没有等待的阅读线程，判断是否有等待的写入线程，如果有则活动线程数目减1，等待的写入线程数目减1。释放写入锁与释放阅读锁的过程基本一致

13、，可以参看源代码。注意在程序中，释放锁时，只会唤醒一个阅读程序，这是因为使用AutoResetEvent 的原历，读者可自行将其改成ManualResetEvent，同时唤醒多个阅读程序，此时应令m_nActive等于整个等待的阅读线程数目。测试测试程序取自.Net FrameSDK中的一个例子，只是稍做修改。测试程序如下，using System;using System.Threading;using MyThreading;class Resource myReaderWriterLock rwl=new myReaderWriterLock();public void Read(Int

14、32 threadNum)rwl.AcquireReaderLock(Timeout.Infinite);try 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 9 页 -Console.WriteLine(Start Resource reading(Thread=0),threadNum);Thread.Sleep(250);Console.WriteLine(Stop Resource reading(Thread=0),threadNum);finally rwl.ReleaseReaderLock();public void Write(Int32 threadNum)

15、rwl.AcquireWriterLock(Timeout.Infinite);try Console.WriteLine(Start Resource writing(Thread=0),threadNum);Thread.Sleep(750);Console.WriteLine(Stop Resource writing(Thread=0),threadNum);finally rwl.ReleaseWriterLock();class App static Int32 numAsyncOps=20;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 9 页 -static Au

16、toResetEvent asyncOpsAreDone=new AutoResetEvent(false);static Resource res=new Resource();public static void Main()for(Int32 threadNum=0;threadNum 20;threadNum+)ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(UpdateResource),threadNum);asyncOpsAreDone.WaitOne();Console.WriteLine(All operations have co

17、mpleted.);Console.ReadLine();/The callback methods signature MUST match that of a System.Threading.TimerCallback/delegate(it takes an Object parameter and returns void)static void UpdateResource(Object state)Int32 threadNum=(Int32)state;if(threadNum%2)!=0)res.Read(threadNum);else res.Write(threadNum);if(Interlocked.Decrement(ref numAsyncOps)=0)asyncOpsAreDone.Set();从测试结果中可以看出，可以满足单个写入程序多个阅读程序的实现要求。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 9 页 -