CSharp多线程编程实例实战

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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_nActive<0，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。申请阅读锁的函数原型为：publicvoidAcquireReaderLock(intmillisecondsTimeout)，其中的参数为线程等待调度的时间。函数定义如下： publicvoidAcquireReaderLock(intmillisecondsTimeout){//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boolbExistingWriter=(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m_nWaitingReaders++;}else{//当前活动线程加1m_nActive++;}m_mutex.ReleaseMutex();//存储锁标志为ReaderSystem.LocalDataStoreSlotslot=Thread.GetNamedDataSlot(m_strThreadSlotName);objectobj=Thread.GetData(slot);LockFlagsflag=LockFlags.None;if(obj!=null)flag=(LockFlags)obj;if(flag==LockFlags.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)存在，则等待指定的时间并且等待的阅读线程数目加1。如果当前活动线程是读线程(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：publicvoidAcquireWriterLock(intmillisecondsTimeout)，其中的参数为等待调度的时间。函数定义如下：publicvoidAcquireWriterLock(intmillisecondsTimeout){//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boolbNoActive=m_nActive==0;if(!bNoActive){m_nWaitingWriters++;}else{m_nActive--;}m_mutex.ReleaseMutex();//存储线程锁标志System.LocalDataStoreSlotslot=Thread.GetNamedDataSlot("myReaderWriterLockDataSlot");objectobj=Thread.GetData(slot);LockFlagsflag=LockFlags.None;if(obj!=null) flag=(LockFlags)Thread.GetData(slot);if(flag==LockFlags.None){Thread.SetData(slot,LockFlags.Writer);}else{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：publicvoidReleaseReaderLock()。函数定义如下：publicvoidReleaseReaderLock(){System.LocalDataStoreSlotslot=Thread.GetNamedDataSlot(m_strThreadSlotName);LockFlagsflag=(LockFlags)Thread.GetData(slot);if(flag==LockFlags.None){return;}boolbReader=true;switch(flag){caseLockFlags.None:break; caseLockFlags.Writer:bReader=false;break;}if(!bReader)return;Thread.SetData(slot,LockFlags.None);m_mutex.WaitOne();AutoResetEventautoresetevent=null;this.m_nActive--;if(this.m_nActive==0){if(this.m_nWaitingReaders>0){m_nActive++;m_nWaitingReaders--;autoresetevent=this.m_aeReaders;}elseif(this.m_nWaitingWriters>0){m_nWaitingWriters--;m_nActive--;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，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.NetFrameSDK中的一个例子，只是稍做修改。测试程序如下，usingSystem;usingSystem.Threading;usingMyThreading;classResource{myReaderWriterLockrwl=newmyReaderWriterLock();publicvoidRead(Int32threadNum){rwl.AcquireReaderLock(Timeout.Infinite);try{Console.WriteLine("StartResourcereading(Thread={0})",threadNum);Thread.Sleep(250);Console.WriteLine("StopResourcereading(Thread={0})",threadNum);}finally{rwl.ReleaseReaderLock();}}publicvoidWrite(Int32threadNum){rwl.AcquireWriterLock(Timeout.Infinite);try{Console.WriteLine("StartResourcewriting(Thread={0})",threadNum);Thread.Sleep(750); Console.WriteLine("StopResourcewriting(Thread={0})",threadNum);}finally{rwl.ReleaseWriterLock();}}}classApp{staticInt32numAsyncOps=20;staticAutoResetEventasyncOpsAreDone=newAutoResetEvent(false);staticResourceres=newResource();publicstaticvoidMain(){for(Int32threadNum=0;threadNum<20;threadNum++){ThreadPool.QueueUserWorkItem(newWaitCallback(UpdateResource),threadNum);}asyncOpsAreDone.WaitOne();Console.WriteLine("Alloperationshavecompleted.");Console.ReadLine();}//Thecallbackmethod'ssignatureMUSTmatchthatofaSystem.Threading.TimerCallback//delegate(ittakesanObjectparameterandreturnsvoid)staticvoidUpdateResource(Objectstate){Int32threadNum=(Int32)state;if((threadNum%2)!=0)res.Read(threadNum);elseres.Write(threadNum);if(Interlocked.Decrement(refnumAsyncOps)==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。