多線程（基礎篇3）

来源:http://www.cnblogs.com/yonghuacui/archive/2016/12/17/6187701.html
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在上一篇多線程（基礎篇2）中，我們主要講述了確定線程的狀態、線程優先順序、前臺線程和後臺線程以及向線程傳遞參數的知識，在這一篇中我們將講述如何使用C#的lock關鍵字鎖定線程、使用Monitor鎖定線程以及線程中的異常處理。 九、使用C#的lock關鍵字鎖定線程 1、使用Visual Studio 2 ...


　　在上一篇多線程（基礎篇2）中，我們主要講述了確定線程的狀態、線程優先順序、前臺線程和後臺線程以及向線程傳遞參數的知識，在這一篇中我們將講述如何使用C#的lock關鍵字鎖定線程、使用Monitor鎖定線程以及線程中的異常處理。

九、使用C#的lock關鍵字鎖定線程

1、使用Visual Studio 2015創建一個新的控制台應用程式。

2、雙擊打開“Program.cs”文件，然後修改為如下代碼：

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using static System.Console;
 4 
 5 namespace Recipe09
 6 {
 7     abstract class CounterBase
 8     {
 9         public abstract void Increment();
10         public abstract void Decrement();
11     }
12 
13     class Counter : CounterBase
14     {
15         public int Count { get; private set; }
16 
17         public override void Increment()
18         {
19             Count++;
20         }
21 
22         public override void Decrement()
23         {
24             Count--;
25         }
26     }
27 
28     class CounterWithLock : CounterBase
29     {
30         private readonly object syncRoot = new Object();
31 
32         public int Count { get; private set; }
33 
34         public override void Increment()
35         {
36             lock (syncRoot)
37             {
38                 Count++;
39             }
40         }
41 
42         public override void Decrement()
43         {
44             lock (syncRoot)
45             {
46                 Count--;
47             }
48         }
49     }
50 
51     class Program
52     {
53         static void TestCounter(CounterBase c)
54         {
55             for (int i = 0; i < 100000; i++)
56             {
57                 c.Increment();
58                 c.Decrement();
59             }
60         }
61 
62         static void Main(string[] args)
63         {
64             WriteLine("Incorrect counter");
65             var c1 = new Counter();
66             var t1 = new Thread(() => TestCounter(c1));
67             var t2 = new Thread(() => TestCounter(c1));
68             var t3 = new Thread(() => TestCounter(c1));
69             t1.Start();
70             t2.Start();
71             t3.Start();
72             t1.Join();
73             t2.Join();
74             t3.Join();
75             WriteLine($"Total count: {c1.Count}");
76 
77             WriteLine("--------------------------");
78 
79             WriteLine("Correct counter");
80             var c2 = new CounterWithLock();
81             t1 = new Thread(() => TestCounter(c2));
82             t2 = new Thread(() => TestCounter(c2));
83             t3 = new Thread(() => TestCounter(c2));
84             t1.Start();
85             t2.Start();
86             t3.Start();
87             t1.Join();
88             t2.Join();
89             t3.Join();
90             WriteLine($"Total count: {c2.Count}");
91         }
92     }
93 }

3、運行該控制台應用程式，運行效果（每次運行效果可能不同）如下圖所示：

　　在第65行代碼處，我們創建了Counter類的一個對象，該類定義了一個簡單的counter變數，該變數可以自增1和自減1。然後在第66~68行代碼處，我們創建了三個線程，並利用lambda表達式將Counter對象傳遞給了“TestCounter”方法，這三個線程共用同一個counter變數，並且對這個變數進行自增和自減操作，這將導致結果的不正確。如果我們多次運行這個控制台程式，它將列印出不同的counter值，有可能是0，但大多數情況下不是。

　　發生這種情況是因為Counter類是非線程安全的。我們假設第一個線程在第57行代碼處執行完畢後，還沒有執行第58行代碼時，第二個線程也執行了第57行代碼，這個時候counter的變數值自增了2次，然後，這兩個線程同時執行了第58行處的代碼，這會造成counter的變數只自減了1次，因此，造成了不正確的結果。

　　為了確保不發生上述不正確的情況，我們必須保證在某一個線程訪問counter變數時，另外所有的線程必須等待其執行完畢才能繼續訪問，我們可以使用lock關鍵字來完成這個功能。如果我們在某個線程中鎖定一個對象，其他所有線程必須等到該線程解鎖之後才能訪問到這個對象，因此，可以避免上述情況的發生。但是要註意的是，使用這種方式會嚴重影響程式的性能。更好的方式我們將會在仙童同步中講述。

十、使用Monitor鎖定線程

 　　在這一小節中，我們將描述一個多線程編程中的常見的一個問題：死鎖。我們首先創建一個死鎖的示例，然後使用Monitor避免死鎖的發生。

1、使用Visual Studio 2015創建一個新的控制台應用程式。

2、雙擊打開“Program.cs”文件，編寫代碼如下：

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using static System.Console;
 4 using static System.Threading.Thread;
 5 
 6 namespace Recipe10
 7 {
 8     class Program
 9     {
10         static void LockTooMuch(object lock1, object lock2)
11         {
12             lock (lock1)
13             {
14                 Sleep(1000);
15                 lock (lock2)
16                 {
17                 }
18             }
19         }
20 
21         static void Main(string[] args)
22         {
23             object lock1 = new object();
24             object lock2 = new object();
25 
26             new Thread(() => LockTooMuch(lock1, lock2)).Start();
27 
28             lock (lock2)
29             {
30                 WriteLine("This will be a deadlock!");
31                 Sleep(1000);
32                 lock (lock1)
33                 {
34                     WriteLine("Acquired a protected resource succesfully");
35                 }
36             }
37         }
38     }
39 }

3、運行該控制台應用程式，運行效果如下圖所示：

　　在上述結果中我們可以看到程式發生了死鎖，程式一直結束不了。

　　在第10~19行代碼處，我們定義了一個名為“LockTooMuch”的方法，在該方法中我們鎖定了第一個對象lock1，等待1秒鐘後，希望鎖定第二個對象lock2。

　　在第26行代碼處，我們創建了一個新的線程來執行“LockTooMuch”方法，然後立即執行第28行代碼。

　　在第28~32行代碼處，我們在主線程中鎖定了對象lock2，然後等待1秒鐘後，希望鎖定第一個對象lock1。

　　在創建的新線程中我們鎖定了對象lock1，等待1秒鐘，希望鎖定對象lock2，而這個時候對象lock2已經被主線程鎖定，所以新建線程會等待對象lock2被主線程解鎖。然而，在主線程中，我們鎖定了對象lock2，等待1秒鐘，希望鎖定對象lock1，而這個時候對象lock1已經被創建的線程鎖定，所以主線程會等待對象lock1被創建的線程解鎖。當發生這種情況的時候，死鎖就發生了，所以我們的控制台應用程式目前無法正常結束。

4、要避免死鎖的發生，我們可以使用“Monitor.TryEnter”方法來替換lock關鍵字，“Monitor.TryEnter”方法在請求不到資源時不會阻塞等待，可以設置超時時間，獲取不到直接返回false。修改代碼如下所示：

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using static System.Console;
 4 using static System.Threading.Thread;
 5 
 6 namespace Recipe10
 7 {
 8     class Program
 9     {
10         static void LockTooMuch(object lock1, object lock2)
11         {
12             lock (lock1)
13             {
14                 Sleep(1000);
15                 lock (lock2)
16                 {
17                 }
18             }
19         }
20 
21         static void Main(string[] args)
22         {
23             object lock1 = new object();
24             object lock2 = new object();
25 
26             new Thread(() => LockTooMuch(lock1, lock2)).Start();
27 
28             lock (lock2)
29             {
30                 WriteLine("This will be a deadlock!");
31                 Sleep(1000);
32                 //lock (lock1)
33                 //{
34                 //    WriteLine("Acquired a protected resource succesfully");
35                 //}
36                 if (Monitor.TryEnter(lock1, TimeSpan.FromSeconds(5)))
37                 {
38                     WriteLine("Acquired a protected resource succesfully");
39                 }
40                 else
41                 {
42                     WriteLine("Timeout acquiring a resource!");
43                 }
44             }
45         }
46     }
47 }

5、運行該控制台應用程式，運行效果如下圖所示：

　　此時，我們的控制台應用程式就避免了死鎖的發生。

十一、處理異常

 　　在這一小節中，我們講述如何線上程中正確地處理異常。正確地將try/catch塊放置線上程內部是非常重要的，因為線上程外部捕獲線程內部的異常通常是不可能的。

1、使用Visual Studio 2015創建一個新的控制台應用程式。

2、雙擊打開“Program.cs”文件，修改代碼如下所示：

 1 using System;
 2 using System.Threading;
 3 using static System.Console;
 4 using static System.Threading.Thread;
 5 
 6 namespace Recipe11
 7 {
 8     class Program
 9     {
10         static void BadFaultyThread()
11         {
12             WriteLine("Starting a faulty thread...");
13             Sleep(TimeSpan.FromSeconds(2));
14             throw new Exception("Boom!");
15         }
16 
17         static void FaultyThread()
18         {
19             try
20             {
21                 WriteLine("Starting a faulty thread...");
22                 Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1));
23                 throw new Exception("Boom!");
24             }
25             catch(Exception ex)
26             {
27                 WriteLine($"Exception handled: {ex.Message}");
28             }
29         }
30 
31         static void Main(string[] args)
32         {
33             var t = new Thread(FaultyThread);
34             t.Start();
35             t.Join();
36 
37             try
38             {
39                 t = new Thread(BadFaultyThread);
40                 t.Start();
41             }
42             catch (Exception ex)
43             {
44                 WriteLine(ex.Message);
45                 WriteLine("We won't get here!");
46             }
47         }
48     }
49 }

3、運行該控制台應用程式，運行效果如下圖所示：

　　在第10~15行代碼處，我們定義了一個名為“BadFaultyThread”的方法，在該方法中拋出一個異常，並且沒有使用try/catch塊捕獲該異常。

　　在第17~29行代碼處，我們定義了一個名為“FaultyThread”的方法，在該方法中也拋出一個異常，但是我們使用了try/catch塊捕獲了該異常。

　　在第33~35行代碼處，我們創建了一個線程，在該線程中執行了“FaultyThread”方法，我們可以看到在這個新創建的線程中，我們正確地捕獲了在“FaultyThread”方法中拋出的異常。

　　在第37~46行代碼處，我們又新創建了一個線程，在該線程中執行了“BadFaultyThread”方法，並且在主線程中使用try/catch塊來捕獲在新創建的線程中拋出的異常，不幸的的是我們在主線程中無法捕獲在新線程中拋出的異常。

　　由此可以看到，在一個線程中捕獲另一個線程中的異常通常是不可行的。

　　至此，多線程（基礎篇）我們就講述到這兒，之後我們將講述線程同步相關的知識，敬請期待！

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