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從公交塞車看C#多線程同步問題

好久沒寫博客了，可能是因為最近工作太過于壓抑的原因吧!有點頹廢了.... 而且公司距離住處要坐公交將近40--50分鐘(各個原因，糾結中ing...)，提前一個半小時起床，居然還能遲到!因為距離公司前兩站是個十字路口，每天能在哪里塞上30多分鐘....眼看就要到公司了，一輛接一輛阻塞著..看著時間一分一秒的過去..心里不盡拔涼起來(遲到會扣錢的!)... 拔涼之余不禁讓我想到C#中線程的同步異步.所以呈此博文，來談談我對C#中線程同步的理解，不當之處，請大家多多指點，在此先謝謝了!

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什么是線程同步? 多個線程同時運行時，可能會因為線程之間的邏輯關系而決定誰先執(zhí)行，誰后執(zhí)行， 這就是線程同步。

(1)線程的優(yōu)先級

當線程之間爭奪CPU時間片時，CPU是按照線程的優(yōu)先級進行服務的。在C#應用程序中，線程有5個不同的優(yōu)先級，由高到低分別是：Highest、AboveNormal、Normal 、BelowNormal和Lowest。創(chuàng)建線程時，如果不指定其優(yōu)先級，則系統默認為Normal。

如：

Thread t = new Thread(MethodName);

t.priority = ThreadPriority.AboveNormal;

通過設置線程的優(yōu)先級可以改變線程執(zhí)行的順序，所設置的優(yōu)先級僅僅適用于這些線程所屬的進程。(注：當把某個線程的優(yōu)先級設置為Htghest時，系統上正在運行的其他線程都會終止，所以使用這個優(yōu)先級的時候要特別小心。除非遇到“幣需”馬上處理的任務，否則不要使用這個優(yōu)先級)。

(2)線程同步

多線程處理解決了吞吐量和響應速度的問題，但同時也帶來了資源共享問題，如死鎖和資源爭用。多線程特別適用于需要不同的資源(如文件句柄和網絡連接)的任務。為單個資源分配多個線程可能會導致同步問題，這種情況下，線程可能會北頻繁阻止以等待其他線程，從而使用多線程的初衷背道而馳。

所謂同步，是指多個線程之間存在先后執(zhí)行順序的關聯關系。如果一個線程必須在另一個線程完成某個工作后才能繼續(xù)執(zhí)行，則必須考慮如何讓其他保持同步，以確保在系統上同時運行多個線程而不會出現死鎖或邏輯錯誤。

為了解決同步問題，一般使用輔助線程執(zhí)行不需要大量占用其他線程所使用的資源的耗時任務或時間要求緊迫的任務。但實際上，程序中的某些資源必須由多個線程訪問。為了解決這些問題，System.Threading命名空間提供了多個用于同步線程的類。這些類包括Mutex,Monitor,Interlocked,AutoResetEvent. 但是實際應用程序中，我們使用最多的可能不是這些類，而是C#提供的lock語句。

Lock語句

為了在多線程應用程序中讓同步變得簡單，C#專門提供了一個lock語句。lock關鍵字能確保當一個線程位于代碼的臨界區(qū)時，另一個線程不進入臨界區(qū)。如果其他線程試圖進入鎖定的代碼段，則它將一直等待(阻塞)，知道鎖定的對象被釋放以后才能進入臨界區(qū)。

 
 
 
 
      
  
  
  
  1. private Object obj = new Object();  
    2.   
  
  
  
  2. .....  
    3.   
  
  
  
  3. lock(obj)  
    4.   
  
  
  
  4. {  
    5.   
  
  
  
  5.      //臨界區(qū)  
    6.   
  
  
  
  6. } 
    7.

舉個例子相信大家會更明白，路人甲和路人乙要上廁所，剛好找到了一個公共廁所，杯具的是公共廁所里面只有一個位置，路人甲是會員(優(yōu)先級高)，先溜進去了，然后把門鎖上(Lock)緊接著里面發(fā)出一陣陣巨響....(大家都懂的，最近食物不敢亂吃啊 - -!)。路人乙可著急了，捂著肚子，在外面打轉，憋得面紅耳赤!過了好一段時間，路人甲抽著香煙，吹著口哨，從廁所里面走出來(Lock解鎖了),路人乙急忙鉆進去，緊接著又是一陣巨響.....

雖然這個例子舉的有點不和諧，但相信大家已經弄明白Lock的作用了。

值得注意的是：1、鎖定的對象名(上面的obj)，一般聲明為Object類型，注意不要將其聲明為值類型，對象名叫什么無所謂，只要符合對象命名原則就行。2、一定要將該Object類型的對象名聲明為private(私有)，不能將其聲明為public(公共)，否則將會使lock語句無法控制，從而引發(fā)一系列的問題。 (就像上面舉例一樣：漆黑不見五指的夜晚(沒電)，路人乙解開褲帶，正準備蹲下時，一只手把路人乙的PP托住，喊道：有人!- -#。)3、處于臨界區(qū)的代碼不宜太多。如果在鎖定和解鎖期間處理的代碼過多，由于某個線程執(zhí)行臨界區(qū)中的代碼時，其他等待運行臨界區(qū)中代碼的線程都會處于阻塞狀態(tài)，這樣就可能會降低應用程序的性能。(路人乙會恨死路人甲的!)

好了，閑話就說這么多，還是拿代碼說事吧，說過隨機取款的例子。

(1)新建一個名為LockExample的Windows應用程序，放下一個listbox，一個button，界面如下：

(2)添加一個類：Account.cs。代碼如下：

 
 
 
 
      
  
  
  
  1. class Account  
    2.   
  
  
  
  2.     {  
    3.   
  
  
  
  3.         private Object obj = new object();  
    4.   
  
  
  
  4.         int balance;  
    5.   
  
  
  
  5.         Random rd = new Random();  
    6.   
  
  
  
  6.         Form1 form1;  
    7.   
  
  
  
  7.  
    8.   
  
  
  
  8.         public Account(int initial,Form1 form1)  
    9.   
  
  
  
  9.         {  
    10.   
  
  
  
  10.             this.form1 = form1;  
    11.   
  
  
  
  11.             this.balance = initial;  
    12.   
  
  
  
  12.         }  
    13.   
  
  
  
  13.  
    14.   
  
  
  
  14.         ///   
    15.   
  
  
  
  15.         /// Withdraws the specified amount.  
    16.   
  
  
  
  16.         ///   
    17.   
  
  
  
  17.         /// The amount.  
    18.   
  
  
  
  18.         ///   
    19.   
  
  
  
  19.         private int Withdraw(int amount)  
    20.   
  
  
  
  20.         {  
    21.   
  
  
  
  21.             if (balance < 0)  
    22.   
  
  
  
  22.             {  
    23.   
  
  
  
  23.                 form1.AddListBoxItem("余額" + balance + " 兄弟，你以為你這是信用卡啊！還錢吧！");  
    24.   
  
  
  
  24.             }  
    25.   
  
  
  
  25.  
    26.   
  
  
  
  26.             //將lock(lockedobj)這句話注視掉，看看會發(fā)生什么情況  
    27.   
  
  
  
  27.             lock (obj)  
    28.   
  
  
  
  28.             {  
    29.   
  
  
  
  29.                 if (balance >= amount)  
    30.   
  
  
  
  30.                 {  
    31.   
  
  
  
  31.                     string str = Thread.CurrentThread.Name + "取款---";  
    32.   
  
  
  
  32.                     str += string.Format("取款前余額：{0,-6}取款：{1,-6}",balance,amount);  
    33.   
  
  
  
  33.                     balance = balance - amount;  
    34.   
  
  
  
  34.                     str += "取款前余額：" + balance;  
    35.   
  
  
  
  35.                     form1.AddListBoxItem(str);  
    36.   
  
  
  
  36.                     return amount;  
    37.   
  
  
  
  37.                 }  
    38.   
  
  
  
  38.                 else 
    39.   
  
  
  
  39.                 {  
    40.   
  
  
  
  40.                     return 0;  
    41.   
  
  
  
  41.                 }  
    42.   
  
  
  
  42.             }  
    43.   
  
  
  
  43.         }  
    44.   
  
  
  
  44.  
    45.   
  
  
  
  45.         public void DoTransactions()  
    46.   
  
  
  
  46.         {  
    47.   
  
  
  
  47.             for (int i = 0; i < 100; i++)  
    48.   
  
  
  
  48.             {  
    49.   
  
  
  
  49.                 Withdraw(rd.Next(1,100));  
    50.   
  
  
  
  50.             }  
    51.   
  
  
  
  51.         }  
    52.   
  
  
  
  52.     } 
    53.

(3)切換到Form1.cs代碼編輯界面，寫入一下代碼：

 
 
 
 
      
  
  
  
  1. public partial class Form1 : Form  
    2.   
  
  
  
  2.     {  
    3.   
  
  
  
  3.         public Form1()  
    4.   
  
  
  
  4.         {  
    5.   
  
  
  
  5.             InitializeComponent();  
    6.   
  
  
  
  6.         }  
    7.   
  
  
  
  7.  
    8.   
  
  
  
  8.         private void btnLock_Click(object sender, EventArgs e)  
    9.   
  
  
  
  9.         {  
    10.   
  
  
  
  10.             lbLock.Items.Clear();  
    11.   
  
  
  
  11.             Thread[] threads = new Thread[10];  
    12.   
  
  
  
  12.             Account acc = new Account(1000,this);  
    13.   
  
  
  
  13.             for (int i = 0; i < 10; i++)  
    14.   
  
  
  
  14.             {  
    15.   
  
  
  
  15.                 Thread t = new Thread(acc.DoTransactions);  
    16.   
  
  
  
  16.                 t.Name = "線程" + i;  
    17.   
  
  
  
  17.                 threads[i] = t;  
    18.   
  
  
  
  18.             }  
    19.   
  
  
  
  19.  
    20.   
  
  
  
  20.             for (int i = 0; i < 10; i++)  
    21.   
  
  
  
  21.             {  
    22.   
  
  
  
  22.                 threads[i].Start();  
    23.   
  
  
  
  23.             }  
    24.   
  
  
  
  24.         }  
    25.   
  
  
  
  25.  
    26.   
  
  
  
  26.         delegate void AddListBoxItemDelegate(string str);  
    27.   
  
  
  
  27.         public void AddListBoxItem(string str)  
    28.   
  
  
  
  28.         {  
    29.   
  
  
  
  29.             if (lbLock.InvokeRequired)  
    30.   
  
  
  
  30.             {  
    31.   
  
  
  
  31.                 AddListBoxItemDelegate d = AddListBoxItem;  
    32.   
  
  
  
  32.                 lbLock.Invoke(d, str);  
    33.   
  
  
  
  33.             }  
    34.   
  
  
  
  34.             else 
    35.   
  
  
  
  35.             {  
    36.   
  
  
  
  36.                 lbLock.Items.Add(str);  
    37.   
  
  
  
  37.             }  
    38.   
  
  
  
  38.         }  
    39.   
  
  
  
  39.     } 
    40.

(4)按編譯并運行，單擊 “開始自動隨機取款”按鈕，觀察線程執(zhí)行后在listbox中添加的可能出現的內容，如圖：

(5) 將lock(obj)這條語句注視掉，再次運行程序，觀察線程執(zhí)行后在listbox中添加的可能出現的內容，如圖：

如圖中線程6取款后余額已經是584了，但是在線程7取款時候 余額又變成了746.顯然結果不正確。

好了，對線程同步問題和解決同步問題的理解，就先寫道這里，上述不當之處，希望大家多多指點，共同進步。

原文：http://www.cnblogs.com/axing/archive/2011/08/25/lock.html

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本文名稱：從公交塞車看C#多線程同步問題
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