多线程编程学习笔记——线程同步

Posted 2020-10-15 DotNet菜园

Barrier类用于组织多个线程及时在某个时刻会面，其提供一个回调函数，每次线程调用了SignalAndWait方法后该回调函数就会被执行。

接上文 多线程编程学习笔记——线程同步（一）

接上文 多线程编程学习笔记——线程同步（二）

 

 

七、使用Barrier类

Barrier类用于组织多个线程及时在某个时刻会面，其提供一个回调函数，每次线程调用了SignalAndWait方法后该回调函数就会被执行。

 

1.代码如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading; //引入线程
using System.Diagnostics;
 

namespace ThreadSynchronousDemo
{
    class Program
    {
        static Barrier barr = new Barrier(2,b=>Console.WriteLine(" 第 {0} 阶段结束",b.CurrentPhaseNumber+1));       

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("开始，Barrier 同步");   

            var t = new Thread((() => working("线程 1 ", "第 1 个工作线程任务", 3)));
            var t2 = new Thread((() => working("线程 2","第 2 个工作线程任务", 6)));   

            t.Start();
            t2.Start();     

            Console.Read();
        }

        static void working(string name,string message,int seconds)
        {

            for (int i = 0; i < 3; i++)
            {
                Console.WriteLine("--------工作阶段-------------");
                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
                Console.WriteLine("{0} 开始工作，内容：{1}",name,message);

                Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
                Console.WriteLine("{0} 的工作时间总计{1} 。结束工作，{2}", name,seconds, message);
                barr.SignalAndWait();
            }     
        }
    }
}

2.运行结果。如下图。

 

          创建了一个Barrier实例，指定了想要同步的两个线程，两个线程任何一个线程调用了SignalAndWait方法之后，都会调用回调函数打印出当前的处于什么阶段。这个类在多线程迭代计算中非常有用，可以在每个迭代结束之前执行一些操作，当最后一个线程调用SignalAndWait方法时，在迭代结束之前进行交互。

 

八、使用ReaderWriteLockSlim类

ReaderWriteLockSlim代表了一个管理资源访问的锁，允许多个线程同时读取，但中独占写。

 1.代码如下。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading; //引入线程
using System.Diagnostics;
 

namespace ThreadSynchronousDemo
{
    class Program
    {
        static ReaderWriterLockSlim rws = new ReaderWriterLockSlim();
        static List<int> list = new List<int>();     

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("开始，ReaderWriterLockSlim 同步");      

            var t = new Thread(Read) { IsBackground=true};
            var t2 = new Thread(Read) { IsBackground = true };
            var t3 = new Thread(Read) { IsBackground = true };
 

            var t4 = new Thread((() => Write("线程 1 "))) { IsBackground = true };
            var t5 = new Thread((() => Write("线程 2"))) { IsBackground = true };
            //读取数据线程
            t.Start();
            t2.Start();
            t3.Start();
            //写入数据线程
            t4.Start();
            t5.Start();
            Console.Read();
        } 

        static void Read()
        {
            Console.WriteLine("--------从List中读取数据-------------");
            while (true)
            {
                try
                {
                    rws.EnterReadLock();
                    foreach (var item in list)
                    {
                        Console.WriteLine("读取数据内容：{0}", item);
                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    throw ex;
                }
                finally
                {
                    rws.ExitReadLock();
                }         
            } 
        }

        static void Write(string threadName)
        {
            Console.WriteLine("--------往List中写数据-------------");
            while (true)
            {
                try
                {
                    int newInt = new Random().Next(1, 100);
                    rws.EnterUpgradeableReadLock();
                    if(!list.Contains(newInt))
                    {
                        //如果List中没有该数据，则写入
                        try
                        {
                            rws.EnterWriteLock();
                            list.Add(newInt);
                            Console.WriteLine("{0} 写入数据内容：{1}", threadName,newInt);
                        }
                        finally
                        {
                            rws.ExitWriteLock();
                        }                     

                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));                    }
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    throw ex;
                }
                finally
                {
                    rws.ExitUpgradeableReadLock();
                }
            }

        }
    }

}

2.程序运行结果，发下图。

 

       程序启动后，直接运行五个线程，其中三个线程从集合中读取数据，二个线程往集合中写数据。

      读锁允许多线程同时读取数据，写锁则在释放之前阻塞了其余的所有线程的操作。当线程获取了读锁，从集合中读取数据时，还要判断当前集合上是否有写锁要写数据，如果有写锁则会阻塞线程进行读取数据，从而会浪费时间。所以本例中使用了EnterUpgradeabledReadLock和ExitUpgradeabledReadLock方法，先获取读锁，然后读数据，如果要修改集合中的数据，则把锁升级成ReaderWriterLock然后进行写数据，最后 使用ExitWriteLock退出锁。

 

九、使用SpinWait类

 SpinWait是一个混合同步构造，即先使用用户模式等待一段时间，然后切换到内核模式，以节省CPU时间。

  1.代码如下

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading; //引入线程
using System.Diagnostics; 

namespace ThreadSynchronousDemo
{
    class Program
    {
        static volatile bool isCompleted=false;       

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("开始，SpinWait 同步");      

            var t = new Thread(UserModeWait);
            var t2 = new Thread(HybirdSpinWait) ;
            Console.WriteLine("开始，运行用户模式");

            t.Start();
            Thread.Sleep(50);
            isCompleted = true;
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
            isCompleted = false;
            Console.WriteLine("开始，运行内核模式");
            t2.Start();

            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
            isCompleted = true;
            Console.Read();
        }
 

        static void UserModeWait()
        {
            Console.WriteLine("--------用户模式 等待-------------");
            while (!isCompleted)
            {
                        Console.Write("。");
                        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));   
            }

            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("用户模式 等待结束");
        }

        static void HybirdSpinWait()
        {
            var spin = new SpinWait();
            Console.WriteLine("--------内核模式-------------");
            while (!isCompleted)
            {

                spin.SpinOnce();
               // NextSpinWillYield：其决定了调用SpinOnce方法的线程是否应该让出CPU
                Console.WriteLine("是否应该让出CPU ：{0}",spin.NextSpinWillYield);
            }         

            Console.WriteLine("内核模式 结束");
        }
    }
}

2.程序运行结果，如下2图。

 

 

      程序中我们有一个执行无限循环的线程，在50ms之后主线程会设置isCompleted为true。我们可以在windows资源管理器，查看CPU的负载情况。