详解c# 线程同步
作者:Learning hard 发布时间:2023-11-23 08:54:48
一、线程同步概述
前面的文章都是讲创建多线程来实现让我们能够更好的响应应用程序,然而当我们创建了多个线程时,就存在多个线程同时访问一个共享的资源的情况,在这种情况下,就需要我们用到线程同步,线程同步可以防止数据(共享资源)的损坏。
然而我们在设计应用程序还是要尽量避免使用线程同步, 因为线程同步会产生一些问题:
1. 它的使用比较繁琐。因为我们要用额外的代码把多个线程同时访问的数据包围起来,并获取和释放一个线程同步锁,如果我们在一个代码块忘记获取锁,就有可能造成数据损坏。
2. 使用线程同步会影响性能,获取和释放一个锁肯定是需要时间的吧,因为我们在决定哪个线程先获取锁时候, CPU必须进行协调,进行这些额外的工作就会对性能造成影响
3. 因为线程同步一次只允许一个线程访问资源,这样就会阻塞线程,阻塞线程会造成更多的线程被创建,这样CPU就有可能要调度更多的线程,同样也对性能造成了影响。
所以在实际的设计中还是要尽量避免使用线程同步,因此我们要避免使用一些共享数据,例如静态字段。
二、线程同步的使用
2.1 对于使用锁性能的影响
上面已经说过使用锁将会对性能产生影响, 下面通过比较使用锁和不使用锁时消耗的时间来说明这点
using System;
using System.Diagnostics;
using System.Threading;
namespace InterlockedSample
{
// 比较使用锁和不使用锁锁消耗的时间
// 通过时间来说明使用锁性能的影响
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int x = 0;
// 迭代次数为500万
const int iterationNumber = 5000000;
// 不采用锁的情况
// StartNew方法 对新的 Stopwatch 实例进行初始化,将运行时间属性设置为零,然后开始测量运行时间。
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < iterationNumber; i++)
{
x++;
}
Console.WriteLine("Use the all time is :{0} ms", sw.ElapsedMilliseconds);
sw.Restart();
// 使用锁的情况
for (int i = 0; i < iterationNumber; i++)
{
Interlocked.Increment(ref x);
}
Console.WriteLine("Use the all time is :{0} ms", sw.ElapsedMilliseconds);
Console.Read();
}
}
}
运行结果(这是在我电脑上运行的结果)从结果中可以看出加了锁的运行速度慢了好多(慢了11倍 197/18 ):
2.2 Interlocked实现线程同步
Interlocked类提供了为多个线程共享的变量提供原子操作,当我们在多线程中对一个整数进行递增操作时,就需要实现线程同步。
因为增加变量操作(++运算符)不是一个原子操作,需要执行下列步骤:
1)将实例变量中的值加载到寄存器中。
2)增加或减少该值。
3)在实例变量中存储该值。
如果不使用 Interlocked.Increment方法,线程可能会在执行完前两个步骤后被抢先。然后由另一个线程执行所有三个步骤,此时第一个线程还没有把变量的值存储到实例变量中去,而另一个线程就可以把实例变量加载到寄存器里面读取了(此时加载的值并没有改变),所以会导致出现的结果不是我们预期的,相信这样的解释可以帮助大家更好的理解Interlocked.Increment方法和 原子性操作,
下面通过一段代码来演示下加锁和不加锁的区别(开始讲过加锁会对性能产生影响,这里将介绍加锁来解决线程同步的问题,得到我们预期的结果):
不加锁的情况:
class Program
{
static void Main(string[] args)
{ for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Thread testthread = new Thread(Add);
testthread.Start();
}
Console.Read();
}
// 共享资源
public static int number = 1;
public static void Add()
{
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("the current value of number is:{0}", ++number);
}
}
运行结果(不同电脑上可能运行的结果和我的不一样,但是都是得到不是预期的结果的):
为了解决这样的问题,我们可以通过使用 Interlocked.Increment方法来实现原子的自增操作。
代码很简单,只需要把++number改成Interlocked.Increment(ref number)就可以得到我们预期的结果了,在这里代码和运行结果就不贴了。
总之Interlocked类中的方法都是执行一次原子读取以及写入的操作的。
2.3 Monitor实现线程同步
对于上面那个情况也可以通过Monitor.Enter和Monitor.Exit方法来实现线程同步。C#中通过lock关键字来提供简化的语法(lock可以理解为Monitor.Enter和Monitor.Exit方法的语法糖),代码也很简单:
using System;
using System.Threading;
namespace MonitorSample
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Thread testthread = new Thread(Add);
testthread.Start();
}
Console.Read();
}
// 共享资源
public static int number = 1;
public static void Add()
{
Thread.Sleep(1000);
//获得排他锁
Monitor.Enter(number);
Console.WriteLine("the current value of number is:{0}", number++);
// 释放指定对象上的排他锁。
Monitor.Exit(number);
}
}
}
运行结果当然是我们所期望的:
在 Monitor类中还有其他几个方法在这里也介绍,只是让大家引起注意下,一个Wait方法,很明显Wait方法的作用是:释放某个对象上的锁以便允许其他线程锁定和访问这个对象。第二个就是TryEnter方法,这个方法与Enter方法主要的区别在于是否阻塞当前线程,当一个对象通过Enter方法获取锁,而没有执行Exit方法释放锁,当另一个线程想通过Enter获得锁时,此时该线程将会阻塞,直到另一个线程释放锁为止,而TryEnter不会阻塞线程。具体代码就不不写出来了。
2.4 ReaderWriterLock实现线程同步
如果我们需要对一个共享资源执行多次读取时,然而用前面所讲的类实现的同步锁都只允许一个线程允许,所有线程将阻塞,但是这种情况下肯本没必要堵塞其他线程, 应该让它们并发的执行,因为我们此时只是进行读取操作,此时通过ReaderWriterLock类可以很好的实现读取并行。
演示代码为:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
namespace ReaderWriterLockSample
{
class Program
{
public static List<int> lists = new List<int>();
// 创建一个对象
public static ReaderWriterLock readerwritelock = new ReaderWriterLock();
static void Main(string[] args)
{
//创建一个线程读取数据
Thread t1 = new Thread(Write);
t1.Start();
// 创建10个线程读取数据
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
Thread t = new Thread(Read);
t.Start();
}
Console.Read();
}
// 写入方法
public static void Write()
{
// 获取写入锁,以10毫秒为超时。
readerwritelock.AcquireWriterLock(10);
Random ran = new Random();
int count = ran.Next(1, 10);
lists.Add(count);
Console.WriteLine("Write the data is:" + count);
// 释放写入锁
readerwritelock.ReleaseWriterLock();
}
// 读取方法
public static void Read()
{
// 获取读取锁
readerwritelock.AcquireReaderLock(10);
foreach (int li in lists)
{
// 输出读取的数据
Console.WriteLine(li);
}
// 释放读取锁
readerwritelock.ReleaseReaderLock();
}
}
}
运行结果:
三、总结
本文中主要介绍如何实现多线程同步的问题, 通过线程同步可以防止共享数据的损坏,但是由于获取锁的过程会有性能损失,所以在设计应用过程中尽量减少线程同步的使用。本来还要介绍互斥(Mutex), 信号量(Semaphore), 事件构造的, 由于篇幅的原因怕影响大家的阅读,所以这剩下的内容放在后面介绍的。
来源:https://www.kancloud.cn/wizardforcel/learning-hard-csharp/111529
猜你喜欢
- 本文实例为大家分享了C#实现简单文本编辑器的具体代码,供大家参考,具体内容如下建立一个窗体文件,实现对文件的编辑保存和对txt文件的打开界面
- 在上面的例子中多次使用到了Thread类的join方法。我想大家可能已经猜出来join方法的功能是什么了。对,join方法的功能就是使异步执
- 引言前一段有幸参与到一个智能家居项目的开发,由于之前都没有过这方面的开发经验,所以对智能硬件的开发模式和技术栈都颇为好奇。智能可燃气体报警器
- 一、SpringBoot 指定配置文件路径:在 SpringBoot 中,可以将配置文件放在 jar 包外面,这样可以方便地修改配置而不需要
- 红黑树红黑树是一种数据结构与算法课堂上常常提到但又不会细讲的树,也是技术面试中经常被问到的树,然而无论是书上还是网上的资料,通常都比较刻板难
- GZip是常用的无损压缩算法实现,在Linux中较为常见,像我们在Linux安装软件时,基本都是.tar.gz格式。.tar.gz格式文
- 目录推荐教程正文创建-服务端-生成代码创建客户端,生成客户端代码先下载soapUI工具推荐教程idea2021以下最新安装j ihuo 教程
- 前言在介绍使用微信自定义分享前,我们来先了解一下什么是自定义分享?访问自定义微信外链地址页面,点击红色框位置进行分享给朋友或者朋友圈,具体操
- Gson是Google的一个开源项目,可以将Java对象转换成JSON,也可能将JSON转换成Java对象。Gson里最重要的对象有2个Gs
- 传输层安全性协议(英语:Transport Layer Security,缩写作 TLS),及其前身安全套接层(Secure Sockets
- 先要把word或ppt转换为pdf; 以pdf的格式展示,防止文件拷贝。转换方法1、安装Word、Excel、PowerPoint组件注意:
- 逻辑描述:现在我们想在B层和D层加上接口层,并使用工厂。而我们可以将创建B和创建D看作是两个系列,然后就可以使用抽象工厂进行创建了。配置文件
- 一、ArrayList是什么ArrayList 类是一个可以动态修改的数组,与普通数组的区别就是它是没有固定大小的限制,我们可以添加或删除元
- 这篇文章主要介绍了spring cloud gateway网关路由分配代码实例解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有
- 工厂模式定义:提供创建对象的接口。为何使用工厂模式工厂模式是我们最常用的模式了,著名的Jive论坛,就大量使用了工厂模式,工厂模式在Java
- 本文实例为大家分享了Unity3D实现攻击范围检测的具体代码,供大家参考,具体内容如下一、扇形攻击范围检测using UnityEngine
- 读取xml配置bean(@ImportResource)1、应用场景旧框架SSM项目移行到SpringBoot中,xml配置文件很齐全,就可
- 在JDK的Collection中我们时常会看到类似于这样的话:例如,ArrayList:注意,迭代器的快速失败行为无法得到保证,因为一般来说
- EL全称 Expression Language(表达式语言),是jsp2.0最重要的特性之一,可以利用EL表达式来访问应用程序中的数据,来
- Java中 * 主要有JDK和CGLIB两种方式。区别主要是jdk是代理接口,而cglib是代理类。优点:这种方式已经解决我们前面所有日记