C#多線程的同步與通信

C#中使用lock和Monitor控制多線程對資源的使用，最常見的生產者和消費者問題就是多線程同步和通信的經典例子。瞭解C#多線程的同步與通信。

一、關於lock和Monitor

lock可以把一段代碼定義為互斥段（critical section），互斥段在一個時刻內只允許一個線程進入執行，而其它線程必須等待。格式定義如下：

lock(expression) statement_block

 expression代表要跟蹤的對象，通常是引用。一般地，如果想保護一個類的實例，使用this；如果保護一個靜態變數（如互斥代碼段在一個靜態方法內部），使用類名就可以了。而statement_block就是互斥段的代碼。

Monitor用於多線程公用一個對象時使線程共用資源的方案。Monitor必須和一個具體的對象相關聯。

二、生產者和消費者問題

假設兩個線程同時維護一個隊列，如果一個線程對隊列中更新元素，而另外一個線程從隊列中獲取元素，那麼我們稱更新元素的線程為生產者，稱獲取元素的線程為消費者。

1、被操作對象

　　 /// <summary>;
    /// 被操作對象
    /// </summary>;
    public class Counter
    {
        //更新和讀取的數字
        private int numberOfCounter;
        //讀操作可執行標記，可以防止死鎖的發生
        private bool readFlag = false;
 
        public void Read()
        {
            //鎖定後，其它讀操作等待這一次讀操作完成
            lock (this)
            {
                //第一次之行為flase，進入等待
                if (!readFlag)
                {
                    try
                    {
                        //進入等待讀，另一個線程寫
                        Monitor.Wait(this);
                    }
                    catch (Exception ex)
                    {
                        Console.WriteLine(ex);
                    }
                }
 
                Console.WriteLine("消費（獲取）: {0}", numberOfCounter);
 
                //重置，消費已經完成
                readFlag = false;
                Monitor.Pulse(this);
            }
        }
 
        public void Write(int number)
        {
            //鎖定後，其它寫操作等待這一次寫操作完成
            lock (this)
            {
                //第一次readFlag為flase,跳過執行下邊的寫
                //如果當前正在讀，等待讀操作執行Monitor.Pulse
                if (readFlag)
                {
                    try
                    {
                        Monitor.Wait(this);
                    }
                    catch (Exception ex)
                    {
                        Console.WriteLine(ex);
                    }
                }
                numberOfCounter = number;
                Console.WriteLine("生產（更新）: {0}", numberOfCounter);
 
                //重置，生產已經完成
                readFlag = true;
 
                //同步通過等待Pulse來完成
                Monitor.Pulse(this);
            }
        }
    }

2、生產者和消費者

　　 /// <summary>;
    /// 生產者
    /// </summary>
    public class CounterWrite
    {
        Counter counter;
        //生產者生產次數
        int quantity = 1;
 
        public CounterWrite(Counter box, int request)
        {
            //構造函數
            counter = box;
            quantity = request;
        }
 
        //生產者向操作對象更新信息
        public void Write()
        {
            for (int i = 1; i &lt;= quantity; i++)
                counter.Write(i);
        }
    }
 
    /// <summary>
    /// 消費者
    /// </summary>
    public class CounterRead
    {
        Counter counter;
        //生產者生產次數
        int quantity = 1;
 
        public CounterRead(Counter box, int request)
        {
            //構造函數
            counter = box;
            quantity = request;
        }
 
        //消費者從操作對象中獲取信息
        public void Read()
        {
            for (int i = 1; i &lt;= quantity; i++)
                counter.Read();
        }
    }

3、線程操作

　　　　　　　Counter counter = new Counter();
 
            CounterRead read = new CounterRead(counter, 10);
            CounterWrite write = new CounterWrite(counter, 10);
 
            Thread th1 = new Thread(new ThreadStart(read.Read));
            Thread th2 = new Thread(new ThreadStart(write.Write));
 
            th1.Start();
            th2.Start();
 
            th1.Join();
            th2.Join();
 
            Console.ReadLine();

通過lock鎖定Counter對象的引用，初始readFlag為false控制線程1等待讀取：Monitor.Wait(this)，
線程2寫入，然後更改readFlag，然後執行：Monitor.Pulse(this)，通知等待隊列中的線程請求對象狀態已發生改變，
線程1鎖定this，執行讀操作，然後更改readFlag，線程1和線程2交互執行寫讀的操作。
同時因為readFlag的存在和交替更新，避免了死鎖情況的發生。