併發編程 --- 信號量線程同步

## 引言上文[編碼技巧同步鎖對象的選定](url)中，提到了在C#中，讓線程同步有兩種方式： - 鎖（lock、Monitor等） - 信號量（EventWaitHandle、Semaphore、Mutex）加鎖是最常用的線程同步的方法，就不再討論，本篇主要討論使用信號量同步線程。 ## W ...

引言

上文編碼技巧 --- 同步鎖對象的選定中，提到了在C#中，讓線程同步有兩種方式：

鎖（lock、Monitor等）
信號量（EventWaitHandle、Semaphore、Mutex）

加鎖是最常用的線程同步的方法，就不再討論，本篇主要討論使用信號量同步線程。

WaitHandle介紹

實際上，再C#中 EventWaitHandle 、 Semaphore 、 Mutex 都是抽象類 WaitHandle 的派生類，它提供了一組等待信號的方法和屬性。如下圖：

主要包含靜態方法 SignalAndWait()，WaitAll()，WaitAny()及一個虛方法WaitOne()。下麵介紹一個這幾個方法。

介紹這些方法之前，先簡單介紹一下 WaitHandle 的派生類 EventWaitHandle，該派生類有兩個實現類 AutoResetEvent 和 ManualResetEvent，其方法列表如下：

重點說一下，Set()和Reset():

Set()方法設置事件為有信號狀態：當調用 Set() 時，它將被設置為終止狀態，並允許一個或多個等待該事件的線程繼續執行。
Reset()方法設置事件為無信號狀態：當調用 Reset() 時，它將被設置為非終止狀態，所有想要等待該事件的線程都將被阻塞，直到調用 Set() 方法使其變為終止狀態。

註意：這裡的有信號，無信號的意思類似於紅綠燈，有信號你才能夠通行，對於線程來說，有信號意味著可以接著往下運行，無信號則阻塞等待信號。

接下來的代碼段演示皆使用 AutoResetEvent 進行演示。

SignalAndWait()

當調用 WaitHandle 的靜態方法 SignalAndWait() 時，會使得當前線程等待一個 WaitHandle 對象的信號，同時設置另一個 WaitHandle 對象為有信號狀態。當第一個 WaitHandle 對象收到信號時，當前線程繼續執行，同時第二個 WaitHandle 對象變為無信號狀態。

static AutoResetEvent event1 = new AutoResetEvent(false);
static AutoResetEvent event2 = new AutoResetEvent(false);

static void Main(string[] args)
{
    Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(Worker1));
    Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(Worker2));

    t1.Start();
    t2.Start();

    Console.ReadLine();
}

static void Worker1()
{
    Console.WriteLine("線程1開始執行……");

    event1.WaitOne(); // 等待事件1的發生

    Console.WriteLine("線程1收到事件1的信號，繼續執行……");

    WaitHandle.SignalAndWait(event1, event2); // 發送事件2的信號並等待事件2的發生

    Console.WriteLine("線程1收到事件2的信號，繼續執行……");
}

static void Worker2()
{
    Console.WriteLine("線程2開始執行……");

    Thread.Sleep(2000); // 模擬線程2的執行時間

    Console.WriteLine("線程2發出事件1的信號……");

    event1.Set(); // 發送事件1的信號

    Thread.Sleep(2000); // 模擬線程2的執行時間

    Console.WriteLine("線程2發出事件2的信號……");

    WaitHandle.SignalAndWait(event2, event1); // 發送事件1的信號並等待事件1的發生

    Console.WriteLine("線程2收到事件1的信號，繼續執行……");
}

輸出：

線程1開始執行……
線程2開始執行……
線程2發出事件1的信號……
線程1收到事件1的信號，繼續執行……
線程2發出事件2的信號……
線程2收到事件1的信號，繼續執行……
線程1收到事件2的信號，繼續執行……

WaitAll()

當調用 WaitHandle 的靜態方法 WaitAll() 時，它可以等待多個WaitHandle對象的信號，直到所有對象都收到信號或等待超時。

static AutoResetEvent[] events = new AutoResetEvent[3]
{
    new AutoResetEvent(false),
    new AutoResetEvent(false),
    new AutoResetEvent(false)
};

static void Main(string[] args)
{
    Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(Worker1));
    Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(Worker2));

    t1.Start();
    t2.Start();

    Console.ReadLine();
}

static void Worker1()
{
    Console.WriteLine("線程1開始執行……");

    WaitHandle.WaitAll(events); // 等待所有事件的發生

    Console.WriteLine("線程1收到所有事件的信號，繼續執行……");
}

static void Worker2()
{
    Console.WriteLine("線程2開始執行……");

    Thread.Sleep(2000); // 模擬線程2的執行時間

    Console.WriteLine("線程2發出事件1的信號……");

    events[0].Set(); // 發送事件1的信號

    Thread.Sleep(2000); // 模擬線程2的執行時間

    Console.WriteLine("線程2發出事件2的信號……");

    events[1].Set(); // 發送事件2的信號

    Thread.Sleep(2000); // 模擬線程2的執行時間

    Console.WriteLine("線程2發出事件3的信號……");

    events[2].Set(); // 發送事件3的信號
}

輸出：

線程1開始執行……
線程2開始執行……
線程2發出事件1的信號……
線程2發出事件2的信號……
線程2發出事件3的信號……
線程1收到所有事件的信號，繼續執行……

WaitAny()

當調用 WaitHandle 的靜態方法 WaitAny() 時，它可以等待多個WaitHandle對象中的任意一個對象收到信號，直到有一個對象收到信號或等待超時。

static AutoResetEvent[] events = new AutoResetEvent[3]
{
    new AutoResetEvent(false),
    new AutoResetEvent(false),
    new AutoResetEvent(false)
};

static void Main(string[] args)
{
    Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(Worker1));
    Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(Worker2));

    t1.Start();
    t2.Start();

    Console.ReadLine();
}

static void Worker1()
{
    Console.WriteLine("線程1開始執行……");

    WaitHandle.WaitAny(events); // 等待任意事件的發生

    Console.WriteLine("線程1收到任意事件的信號，繼續執行……");
}

static void Worker2()
{
    Console.WriteLine("線程2開始執行……");

    var randomIndex = new Random().Next(0, 2);

    Console.WriteLine("線程2發出任意一個事件的信號……");

    events[randomIndex].Set(); //發送任意一個事件的信號
}

輸出：

線程1開始執行……
線程2開始執行……
線程2發出任意一個事件的信號……
線程1收到任意事件的信號，繼續執行……

WaitOne()

WaitOne()方法上文中其實已經用到了，它就表示阻塞當前線程，等待當前 WaitHandle 對象收到信號，直到對象收到信號或等待超時。如果WaitHandle對象收到信號，WaitOne()方法返回true，否則返回false。使用簡單就不在貼代碼段。

派生類的異同

上面已經提到了EventWaitHandle 、 Semaphore 、 Mutex 都是抽象類 WaitHandle 的派生類，它們的作用類似，但在使用和實現上有一些不同。下麵我們來簡單介紹下它們的異同點。

EventWaitHandle：

EventWaitHandle 有兩種類型：AutoResetEvent 和 ManualResetEvent。它們的區別在於AutoResetEvent 在有信號時只通知一個等待線程，而 ManualResetEvent 在有信號時通知所有等待線程。
兩者設置為終止狀態的方式都是調用 Set() 方法。
Semaphore

Semaphore 可以用於多個線程之間的資源控制。Semaphore 可以控制同時訪問共用資源的線程數量。設置為終止狀態的方式是調用 Release() 方法。
Mutex

Mutex 可以用於多個線程之間的互斥訪問共用資源。Mutex 可以保證同一時間只有一個線程可以訪問共用資源。設置為終止狀態的方式是調用 ReleaseMutex() 方法。