C#多线程学习(三) 生产者和消费者-技术开发NET技术-Ubuntu系统_Ubuntu服务器

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前面说过，每个线程都有自己的资源，但是代码区是共享的，即每个线程都可以执行相同的函数。这可能带来的问题就是几个线程同时执行一个函数，导致数据的混乱，产生不可预料的结果，因此我们必须避免这种情况的发生。

C#提供了一个关键字lock，它可以把一段代码定义为互斥段（critical section），互斥段在一个时刻内只允许一个线程进入执行，而其他线程必须等待。在C#中，关键字lock定义如下：

lock(expression) statement_block

expression代表你希望跟踪的对象，通常是对象引用。

如果你想保护一个类的实例，一般地，你可以使用this；
如果你想保护一个静态变量（如互斥代码段在一个静态方法内部），一般使用类名就可以了。

而statement_block就是互斥段的代码，这段代码在一个时刻内只可能被一个线程执行。

下面是一个使用lock关键字的典型例子，在注释里说明了lock关键字的用法和用途。

示例如下：

Code
using System;
using System.Threading;

namespace ThreadSimple
{
    internal class Account 
    {
        int balance;
        Random r = new Random();
        
        internal Account(int initial) 
        {
            balance = initial;
        } 
        internal int Withdraw(int amount) 
        {
            if (balance < 0)
            {
                //如果balance小于0则抛出异常
                throw new Exception("Negative Balance");
            }
            //下面的代码保证在当前线程修改balance的值完成之前
            //不会有其他线程也执行这段代码来修改balance的值
            //因此，balance的值是不可能小于0 的
            lock (this)
            {
                Console.WriteLine("Current Thread:"+Thread.CurrentThread.Name);
                //如果没有lock关键字的保护，那么可能在执行完if的条件判断之后
                //另外一个线程却执行了balance=balance-amount修改了balance的值
                //而这个修改对这个线程是不可见的，所以可能导致这时if的条件已经不成立了
                //但是，这个线程却继续执行balance=balance-amount，所以导致balance可能小于0
                if (balance >= amount) 
                {
                    Thread.Sleep(5);
                    balance = balance - amount;
                    return amount;
                } 
                else 
                {
                    return 0; // transaction rejected
                  }
            }
        }
        internal void DoTransactions() 
        {
            for (int i = 0; i < 100; i++) 
            Withdraw(r.Next(-50, 100));
        }
    } 
    internal class Test 
    {
        static internal Thread[] threads = new Thread[10];
        public static void Main() 
        {
            Account acc = new Account (0);
            for (int i = 0; i < 10; i++) 
            {
                Thread t = new Thread(new ThreadStart(acc.DoTransactions));
                threads[i] = t;
            }
            for (int i = 0; i < 10; i++) 
                threads[i].Name=i.ToString();
            for (int i = 0; i < 10; i++) 
                threads[i].Start();
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

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C#多线程学习(一) 多线程的相关概念

C#多线程学习(二) 如何操纵一个线程

C#多线程学习(三) 生产者和消费者

C#多线程学习(四) 多线程的自动管理(线程池)

C#多线程学习(五) 多线程的自动管理(定时器)

C#多线程学习(六) 互斥对象

对于任何一个被Monitor锁定的对象，内存中都保存着与它相关的一些信息:

其一是现在持有锁的线程的引用;

其二是一个预备队列，队列中保存了已经准备好获取锁的线程;

其三是一个等待队列，队列中保存着当前正在等待这个对象状态改变的队列的引用。

当拥有对象锁的线程准备释放锁时，它使用Monitor.Pulse()方法通知等待队列中的第一个线程，于是该线程被转移到预备队列中，当对象锁被释放时，在预备队列中的线程可以立即获得对象锁。

下面是一个展示如何使用lock关键字和Monitor类来实现线程的同步和通讯的例子，也是一个典型的生产者与消费者问题。

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，消费者立即读取并且显示（注释中介绍了该程序的精要所在）。

用到的系统命名空间如下：

using System;

using System.Threading;

首先，定义一个被操作的对象的类Cell，在这个类里，有两个方法：ReadFromCell()和WriteToCell。消费者线程将调用ReadFromCell()读取cellContents的内容并且显示出来，生产者进程将调用WriteToCell()方法向cellContents写入数据。

示例如下：

Code
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关键字保证了什么，请大家看前面对lock的介绍
            {
                if (!readerFlag)//如果现在不可读取
                { 
                    try
                    {
                        //等待WriteToCell方法中调用Monitor.Pulse()方法
                        Monitor.Wait(this);
                    }
                    catch (SynchronizationLockException e)
                    {
                        Console.WriteLine(e);
                    }
                    catch (ThreadInterruptedException e)
                    {
                        Console.WriteLine(e);
                    }
                }
                Console.WriteLine("Consume: {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);
                    }
                    catch (ThreadInterruptedException e)
                    {
                            //当线程在等待状态的时候中止 
                        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
            }
        }
}
下面定义生产者类 CellProd 和消费者类 CellCons ，它们都只有一个方法ThreadRun()，以便在Main()函数中提供给线程的ThreadStart代理对象，作为线程的入口。
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)
　　    {
        //构造函数
        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
　　    }
}

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