多线程（基础篇3）

时间：2016-12-17 16:31:33 阅读：299 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

标签：结束 class deadlock 使用方法 files 多线程编程异常处理对象传递

　　在上一篇多线程（基础篇2）中，我们主要讲述了确定线程的状态、线程优先级、前台线程和后台线程以及向线程传递参数的知识，在这一篇中我们将讲述如何使用C#的lock关键字锁定线程、使用Monitor锁定线程以及线程中的异常处理。

九、使用C#的lock关键字锁定线程

1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。

2、双击打开“Program.cs”文件，然后修改为如下代码：

 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、运行该控制台应用程序，运行效果（每次运行效果可能不同）如下图所示：

技术分享

　　在第65行代码处，我们创建了Counter类的一个对象，该类定义了一个简单的counter变量，该变量可以自增1和自减1。然后在第66~68行代码处，我们创建了三个线程，并利用lambda表达式将Counter对象传递给了“TestCounter”方法，这三个线程共享同一个counter变量，并且对这个变量进行自增和自减操作，这将导致结果的不正确。如果我们多次运行这个控制台程序，它将打印出不同的counter值，有可能是0，但大多数情况下不是。

　　发生这种情况是因为Counter类是非线程安全的。我们假设第一个线程在第57行代码处执行完毕后，还没有执行第58行代码时，第二个线程也执行了第57行代码，这个时候counter的变量值自增了2次，然后，这两个线程同时执行了第58行处的代码，这会造成counter的变量只自减了1次，因此，造成了不正确的结果。

　　为了确保不发生上述不正确的情况，我们必须保证在某一个线程访问counter变量时，另外所有的线程必须等待其执行完毕才能继续访问，我们可以使用lock关键字来完成这个功能。如果我们在某个线程中锁定一个对象，其他所有线程必须等到该线程解锁之后才能访问到这个对象，因此，可以避免上述情况的发生。但是要注意的是，使用这种方式会严重影响程序的性能。更好的方式我们将会在仙童同步中讲述。

十、使用Monitor锁定线程

　　在这一小节中，我们将描述一个多线程编程中的常见的一个问题：死锁。我们首先创建一个死锁的示例，然后使用Monitor避免死锁的发生。

1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。

2、双击打开“Program.cs”文件，编写代码如下：

 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、运行该控制台应用程序，运行效果如下图所示：

技术分享

　　在上述结果中我们可以看到程序发生了死锁，程序一直结束不了。

　　在第10~19行代码处，我们定义了一个名为“LockTooMuch”的方法，在该方法中我们锁定了第一个对象lock1，等待1秒钟后，希望锁定第二个对象lock2。

　　在第26行代码处，我们创建了一个新的线程来执行“LockTooMuch”方法，然后立即执行第28行代码。

　　在第28~32行代码处，我们在主线程中锁定了对象lock2，然后等待1秒钟后，希望锁定第一个对象lock1。

　　在创建的新线程中我们锁定了对象lock1，等待1秒钟，希望锁定对象lock2，而这个时候对象lock2已经被主线程锁定，所以新建线程会等待对象lock2被主线程解锁。然而，在主线程中，我们锁定了对象lock2，等待1秒钟，希望锁定对象lock1，而这个时候对象lock1已经被创建的线程锁定，所以主线程会等待对象lock1被创建的线程解锁。当发生这种情况的时候，死锁就发生了，所以我们的控制台应用程序目前无法正常结束。

4、要避免死锁的发生，我们可以使用“Monitor.TryEnter”方法来替换lock关键字，“Monitor.TryEnter”方法在请求不到资源时不会阻塞等待，可以设置超时时间，获取不到直接返回false。修改代码如下所示：

 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、运行该控制台应用程序，运行效果如下图所示：

技术分享

　　此时，我们的控制台应用程序就避免了死锁的发生。

十一、处理异常

　　在这一小节中，我们讲述如何在线程中正确地处理异常。正确地将try/catch块放置在线程内部是非常重要的，因为在线程外部捕获线程内部的异常通常是不可能的。

1、使用Visual Studio 2015创建一个新的控制台应用程序。

2、双击打开“Program.cs”文件，修改代码如下所示：

 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 }