第 9 章多线程

第9章多线程 王德俊上海交通大学继续教育学院

第9章多线程 9.1 线程及其实现方法 9.2 线程的同步控制

9.2 线程的同步控制 9.2.1 为什么要同步控制 9.2.2 使用ManualResetEvent类 9.2.3 使用AutoResetEvent类

9.2.1 为什么要同步控制 • 线程之间由于共享资源而产生相互之间需要互相等待、互通消息才能正确地完成任务，此时就需要相应的同步控制机制来支持线程的合作关系。

9.2 线程的同步控制 9.2.1 为什么要同步控制【例9.1】存在同步访问问题的多线程程序。如下：创建控制台应用程序BankTransfering，简单地模拟银行用户进行转帐和取款的程序： class Bank { private double account1 = 2500; private double account2 = 1000; public void transfering() //转帐 { Console.WriteLine("转帐前帐户account1还剩余的金额：" + account1.ToString()); Console.Write("转帐金额（元）："); double sum = double.Parse(Console.ReadLine()); //输入转帐金额 if (sum > account1) { Console.WriteLine("转帐金额超出了帐户account1所剩的金额，"+"转帐失败！"); return; } account1 = account1 - sum; account2 = account2 + sum; Console.WriteLine("转帐后帐户account1还剩余的金额：" + account1.ToString()); }

9.2 线程的同步控制 9.2.1 为什么要同步控制 public void fetching() //取款 { Thread.Sleep(100); account1 = account1 - 2000; //取款2000元 } } static void Main(string[] args) { Bank a = new Bank(); Thread user1 = new Thread(new ThreadStart(a.transfering)); Thread user2 = new Thread(new ThreadStart(a.fetching)); user1.Start(); user2.Start(); Console.ReadKey(); }

9.2 线程的同步控制 9.2.1 为什么要同步控制 • 程序运行结果如图: • 分析：user1查询帐户account1时，显示了还剩2500元的信息，但在执行从account1向account2转2000元时，却出现了操作失败的提示。 • 其原因：恰好在user1等待接收从键盘输入的转帐金额时，user2从帐户account1上提走了2000元。 • 结论：需要同步控制

9.2 线程的同步控制 9.2.2 使用ManualResetEvent类 • ManualResetEvent类的作用是：通知一个或多个正在等待的线程已发生事件。 • ManualResetEvent类对象有两种状态：有信号状态和无信号状态。状态常通过两种方法设置： • 一种是使用构造函数, 例如： ManualResetEvent mre = newManualResetEvent( false); //初始化mre为无信号状态 ManualResetEvent mre = newManualResetEvent(true); //初始化mre为有信号状态 • 另一种是使用对象方法, 例如： mre.Reset(); //使mre处于无信号状态 mre.Set(); //使mre处于有信号状态调用 Set 方法将使等待句柄一直保持终止状态，允许一个或多个等待线程继续,直到 Reset方法被调用。

9.2 线程的同步控制 9.2.2 使用ManualResetEvent类 • 当ManualResetEvent类对象处于无信号状态时，调用该对象WaitOne()方法的线程将被阻止运行（暂停）； • 当该对象变为处于有信号状态时， WaitOne()方法收到信号, WaitOne()方法将解除该线程的暂停状态，使它继续运行。 • 实现多线程的同步控制方法是： • 将被视为一体的语句序列置于Reset()和Set()方法之间（称为“加锁”） • 需要与它们同步的线程，在读取共享变量前先调用WaitOne()方法；用于检测ManualResetEvent类对象有无信号： • 无信号，则该线程被暂停 • 有信号，该线程才能继续执行，从而实现线程的同步控制。

9.2 线程的同步控制 9.2.2 使用ManualResetEvent类 1. 单线程的加锁 2. 多线程的加锁

1. 单线程的加锁 • 对程序BankTransfering出现问题的解决办法： • 通过创建ManualResetEvent类的对象mre，并适当地添加mre.Reset()和mre.Set() 添加同步控制 • 代码修改如下（红色部分）： • class Bank • { • private double account1 = 2500; • private double account2 = 1000; • //创建ManualResetEvent类的对象mre • public ManualResetEvent mre = new ManualResetEvent(false);

public void transfering() //转帐 { mre.Reset(); //设置对象mre处于无信号状态 Console.WriteLine("转帐前帐户account1还剩余的金额：" + account1.ToString()); Console.Write("转帐金额（元）："); double sum = double.Parse(Console.ReadLine()); if (sum > account1) { Console.WriteLine("转帐金额超出了帐户account1所剩的金额，" +"转帐失败！"); return; }

account1 = account1 - sum; account2 = account2 + sum; Console.WriteLine("转帐后帐户account1还剩余的金额：" +account1.ToString()); mre.Set(); //设置对象mre处于有信号状态 } public void fetching() //取款 { //阻止当前线程（线程user2）的运行，直到收到对象mre发的信息 mre.WaitOne(); Thread.Sleep(100); account1 = account1 - 2000; } }

2. 多线程的加锁 • 问题： • 一个ManualResetEvent类对象只能对一个线程中的语句序列进行加锁； • 如果需要对多个线程中的语句序列进行加锁，就需要创建与线程数量一样多的ManualResetEvent类对象。

2. 多线程的加锁 【例9.2】下列是控制台应用程序BankTransfering2中文件Program.cs的代码，它仍然模拟银行转帐、查账的功能，但对代码进行了简化（该程序需要解决多线程的同步控制问题）： class Bank { private double account1 = 2500; private double account2 = 1000; public void transfering() //将100元从帐户account1转到帐户account2 { account1 = account1 - 100; Thread.Sleep(100); account2 = account2 + 100; }

2. 多线程的加锁 public void transfering2() //将300元从帐户account2转到帐户account1 { account1 = account1 + 300; Thread.Sleep(200); account2 = account2 - 300; } public void querying() //查询帐户account1和account2上的余额 { Console.WriteLine("帐户account1上的余额为：{0} 元", account1); Console.WriteLine("帐户account2上的余额为：{0} 元", account2); } }

2. 多线程的加锁 static void Main(string[] args) { Bank a = new Bank(); Thread user1 = new Thread(newThreadStart(a.transfering)); //转帐用户1 Thread user2 = new Thread(newThreadStart(a.transfering2)); //转帐用户2 Thread user3 = new Thread(newThreadStart(a.querying)); //查账用户 user1.Start(); //执行转帐（account1到account2） user2.Start(); //执行转帐（account2到account1） user3.Start(); //查账用户 Console.ReadKey(); }

2. 多线程的加锁 • 实现对两个线程中的语句进行加锁： • （1）先创建一个包含两个ManualResetEvent类对象的ManualResetEvent数组mres：ManualResetEvent[] mres = { new ManualResetEvent(false), • new ManualResetEvent(false) }; • （2）用数组mres中的两个对象分别对方法transfering()和方法transfering2()中的代码进行加锁； • （3）在方法querying()中查询语句之前调用WaitHandle.WaitAll()方法，该方法的参数类型是ManualResetEvent数组，其作用是：当数组中所有的对象都接收到信号后才允许方法querying()继续执行。

2. 多线程的加锁 修改后的代码： class Bank { private double account1 = 2500; private double account2 = 1000; ManualResetEvent[] mres = { new ManualResetEvent(false), new ManualResetEvent(false) }; //创建包含两个ManualResetEvent类对象的数组 public void transfering() //将100元从帐户account1转到帐户account2 { mres[0].Reset(); account1 = account1 - 100; Thread.Sleep(100); account2 = account2 + 100; mres[0].Set(); }

2. 多线程的加锁 public void transfering2() //将300元从帐户account2转到帐户account1 { mres[1].Reset(); account1 = account1 + 300; Thread.Sleep(200); account2 = account2 - 300; mres[1].Set(); } public void querying() //查询帐户account1和account2上的余额 { WaitHandle.WaitAll(mres); Console.WriteLine("帐户account1上的余额为：{0} 元", account1); Console.WriteLine("帐户account2上的余额为：{0} 元", account2); } }

9.2 线程的同步控制 9.2.3 使用AutoResetEvent类 • 分析： • ManualResetEvent的缺点：当进行多线程的同步控制时，创建的ManualResetEvent类对象的数量要与线程的个数相同，这使程序代码显得比较累赘。 • AutoResetEvent的特点：只需要创建一个AutoResetEvent对象，就可以完成对多个线程的同步控制。 • AutoResetEvent的Set()方法发出“一条”信号，就 “消掉”一个WaitOne()方法； • 如果还有其他WaitOne()方法在等待信号，那么AutoResetEvent对象会自动变为无信号状态（如果没有就不改变其状态），直到再次执行一个Set()方法才能“消掉”下一个WaitOne()方法。

9.2 线程的同步控制 9.2.3 使用AutoResetEvent类【例9.3】修改程序BankTransfering2（见例9.2），使用AutoResetEvent类实现对其所涉及线程的同步控制。 class Bank { private double account1 = 2500; private double account2 = 1000; AutoResetEvent are = newAutoResetEvent(false); public void transfering() //将100元从帐户account1转到帐户account2 { are.Reset(); account1 = account1 - 100; Thread.Sleep(100); account2 = account2 + 100; are.Set(); }

9.2 线程的同步控制 9.2.3 使用AutoResetEvent类 public void transfering2() //将300元从帐户account2转到帐户account1 { are.Reset(); account1 = account1 + 300; Thread.Sleep(200); account2 = account2 - 300; are.Set(); } public void querying() //查询帐户account1和account2上的余额 { are.WaitOne(); are.WaitOne(); Console.WriteLine("帐户account1上的余额为：{0} 元", account1); Console.WriteLine("帐户account2上的余额为：{0} 元", account2); } } 注意：有多少个Set()方法就应该多少个WaitOne()方法与之对应，否则会出现无限等待或其他问题。

本讲小结 为什么要同步控制使用ManualResetEvent类使用AutoResetEvent类

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